]> git.openfabrics.org - ~shefty/rdma-dev.git/blob - mm/page_alloc.c
2ad2ad168efe930bb75391848e71f4ac8c61099b
[~shefty/rdma-dev.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/module.h>
29 #include <linux/suspend.h>
30 #include <linux/pagevec.h>
31 #include <linux/blkdev.h>
32 #include <linux/slab.h>
33 #include <linux/ratelimit.h>
34 #include <linux/oom.h>
35 #include <linux/notifier.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/stop_machine.h>
46 #include <linux/sort.h>
47 #include <linux/pfn.h>
48 #include <linux/backing-dev.h>
49 #include <linux/fault-inject.h>
50 #include <linux/page-isolation.h>
51 #include <linux/page_cgroup.h>
52 #include <linux/debugobjects.h>
53 #include <linux/kmemleak.h>
54 #include <linux/compaction.h>
55 #include <trace/events/kmem.h>
56 #include <linux/ftrace_event.h>
57 #include <linux/memcontrol.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/migrate.h>
60 #include <linux/page-debug-flags.h>
61
62 #include <asm/tlbflush.h>
63 #include <asm/div64.h>
64 #include "internal.h"
65
66 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
67 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
68 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
69 #endif
70
71 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
72 /*
73  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
74  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
75  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
76  * defined in <linux/topology.h>.
77  */
78 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
79 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
80 #endif
81
82 /*
83  * Array of node states.
84  */
85 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
86         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
87         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
88 #ifndef CONFIG_NUMA
89         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
90 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
91         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
92 #endif
93 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
94         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
95 #endif
96         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
97 #endif  /* NUMA */
98 };
99 EXPORT_SYMBOL(node_states);
100
101 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
102 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
103 /*
104  * When calculating the number of globally allowed dirty pages, there
105  * is a certain number of per-zone reserves that should not be
106  * considered dirtyable memory.  This is the sum of those reserves
107  * over all existing zones that contribute dirtyable memory.
108  */
109 unsigned long dirty_balance_reserve __read_mostly;
110
111 int percpu_pagelist_fraction;
112 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
113
114 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
115 /*
116  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
117  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
118  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
119  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
120  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
121  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
122  */
123
124 static gfp_t saved_gfp_mask;
125
126 void pm_restore_gfp_mask(void)
127 {
128         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
129         if (saved_gfp_mask) {
130                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
131                 saved_gfp_mask = 0;
132         }
133 }
134
135 void pm_restrict_gfp_mask(void)
136 {
137         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
138         WARN_ON(saved_gfp_mask);
139         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
140         gfp_allowed_mask &= ~GFP_IOFS;
141 }
142
143 bool pm_suspended_storage(void)
144 {
145         if ((gfp_allowed_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
146                 return false;
147         return true;
148 }
149 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
150
151 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
152 int pageblock_order __read_mostly;
153 #endif
154
155 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
156
157 /*
158  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
159  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
160  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
161  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
162  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
163  *      HIGHMEM allocation will (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
164  *
165  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
166  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
167  */
168 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
169 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
170          256,
171 #endif
172 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
173          256,
174 #endif
175 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
176          32,
177 #endif
178          32,
179 };
180
181 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
182
183 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
184 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
185          "DMA",
186 #endif
187 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
188          "DMA32",
189 #endif
190          "Normal",
191 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
192          "HighMem",
193 #endif
194          "Movable",
195 };
196
197 int min_free_kbytes = 1024;
198
199 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
200 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
201 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
202
203 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
204 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
205 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
206 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
207 static unsigned long __initdata required_movablecore;
208 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
209
210 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
211 int movable_zone;
212 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
213 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
214
215 #if MAX_NUMNODES > 1
216 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
217 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
218 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
219 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
220 #endif
221
222 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
223
224 /*
225  * NOTE:
226  * Don't use set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_ISOLATE) directly.
227  * Instead, use {un}set_pageblock_isolate.
228  */
229 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
230 {
231
232         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled))
233                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
234
235         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
236                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
237 }
238
239 bool oom_killer_disabled __read_mostly;
240
241 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
242 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
243 {
244         int ret = 0;
245         unsigned seq;
246         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
247
248         do {
249                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
250                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages)
251                         ret = 1;
252                 else if (pfn < zone->zone_start_pfn)
253                         ret = 1;
254         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
255
256         return ret;
257 }
258
259 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
260 {
261         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
262                 return 0;
263         if (zone != page_zone(page))
264                 return 0;
265
266         return 1;
267 }
268 /*
269  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
270  */
271 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
272 {
273         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
274                 return 1;
275         if (!page_is_consistent(zone, page))
276                 return 1;
277
278         return 0;
279 }
280 #else
281 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
282 {
283         return 0;
284 }
285 #endif
286
287 static void bad_page(struct page *page)
288 {
289         static unsigned long resume;
290         static unsigned long nr_shown;
291         static unsigned long nr_unshown;
292
293         /* Don't complain about poisoned pages */
294         if (PageHWPoison(page)) {
295                 reset_page_mapcount(page); /* remove PageBuddy */
296                 return;
297         }
298
299         /*
300          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
301          * or allow a steady drip of one report per second.
302          */
303         if (nr_shown == 60) {
304                 if (time_before(jiffies, resume)) {
305                         nr_unshown++;
306                         goto out;
307                 }
308                 if (nr_unshown) {
309                         printk(KERN_ALERT
310                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
311                                 nr_unshown);
312                         nr_unshown = 0;
313                 }
314                 nr_shown = 0;
315         }
316         if (nr_shown++ == 0)
317                 resume = jiffies + 60 * HZ;
318
319         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
320                 current->comm, page_to_pfn(page));
321         dump_page(page);
322
323         print_modules();
324         dump_stack();
325 out:
326         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
327         reset_page_mapcount(page); /* remove PageBuddy */
328         add_taint(TAINT_BAD_PAGE);
329 }
330
331 /*
332  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
333  *
334  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page".
335  *
336  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages".
337  *
338  * All pages have PG_compound set.  All tail pages have their ->first_page
339  * pointing at the head page.
340  *
341  * The first tail page's ->lru.next holds the address of the compound page's
342  * put_page() function.  Its ->lru.prev holds the order of allocation.
343  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
344  */
345
346 static void free_compound_page(struct page *page)
347 {
348         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
349 }
350
351 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
352 {
353         int i;
354         int nr_pages = 1 << order;
355
356         set_compound_page_dtor(page, free_compound_page);
357         set_compound_order(page, order);
358         __SetPageHead(page);
359         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
360                 struct page *p = page + i;
361                 __SetPageTail(p);
362                 set_page_count(p, 0);
363                 p->first_page = page;
364         }
365 }
366
367 /* update __split_huge_page_refcount if you change this function */
368 static int destroy_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
369 {
370         int i;
371         int nr_pages = 1 << order;
372         int bad = 0;
373
374         if (unlikely(compound_order(page) != order)) {
375                 bad_page(page);
376                 bad++;
377         }
378
379         __ClearPageHead(page);
380
381         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
382                 struct page *p = page + i;
383
384                 if (unlikely(!PageTail(p) || (p->first_page != page))) {
385                         bad_page(page);
386                         bad++;
387                 }
388                 __ClearPageTail(p);
389         }
390
391         return bad;
392 }
393
394 static inline void prep_zero_page(struct page *page, int order, gfp_t gfp_flags)
395 {
396         int i;
397
398         /*
399          * clear_highpage() will use KM_USER0, so it's a bug to use __GFP_ZERO
400          * and __GFP_HIGHMEM from hard or soft interrupt context.
401          */
402         VM_BUG_ON((gfp_flags & __GFP_HIGHMEM) && in_interrupt());
403         for (i = 0; i < (1 << order); i++)
404                 clear_highpage(page + i);
405 }
406
407 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
408 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
409
410 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
411 {
412         unsigned long res;
413
414         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
415                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
416                 return 0;
417         }
418         _debug_guardpage_minorder = res;
419         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
420         return 0;
421 }
422 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
423
424 static inline void set_page_guard_flag(struct page *page)
425 {
426         __set_bit(PAGE_DEBUG_FLAG_GUARD, &page->debug_flags);
427 }
428
429 static inline void clear_page_guard_flag(struct page *page)
430 {
431         __clear_bit(PAGE_DEBUG_FLAG_GUARD, &page->debug_flags);
432 }
433 #else
434 static inline void set_page_guard_flag(struct page *page) { }
435 static inline void clear_page_guard_flag(struct page *page) { }
436 #endif
437
438 static inline void set_page_order(struct page *page, int order)
439 {
440         set_page_private(page, order);
441         __SetPageBuddy(page);
442 }
443
444 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
445 {
446         __ClearPageBuddy(page);
447         set_page_private(page, 0);
448 }
449
450 /*
451  * Locate the struct page for both the matching buddy in our
452  * pair (buddy1) and the combined O(n+1) page they form (page).
453  *
454  * 1) Any buddy B1 will have an order O twin B2 which satisfies
455  * the following equation:
456  *     B2 = B1 ^ (1 << O)
457  * For example, if the starting buddy (buddy2) is #8 its order
458  * 1 buddy is #10:
459  *     B2 = 8 ^ (1 << 1) = 8 ^ 2 = 10
460  *
461  * 2) Any buddy B will have an order O+1 parent P which
462  * satisfies the following equation:
463  *     P = B & ~(1 << O)
464  *
465  * Assumption: *_mem_map is contiguous at least up to MAX_ORDER
466  */
467 static inline unsigned long
468 __find_buddy_index(unsigned long page_idx, unsigned int order)
469 {
470         return page_idx ^ (1 << order);
471 }
472
473 /*
474  * This function checks whether a page is free && is the buddy
475  * we can do coalesce a page and its buddy if
476  * (a) the buddy is not in a hole &&
477  * (b) the buddy is in the buddy system &&
478  * (c) a page and its buddy have the same order &&
479  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
480  *
481  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount -2.
482  * Setting, clearing, and testing _mapcount -2 is serialized by zone->lock.
483  *
484  * For recording page's order, we use page_private(page).
485  */
486 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
487                                                                 int order)
488 {
489         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
490                 return 0;
491
492         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
493                 return 0;
494
495         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
496                 VM_BUG_ON(page_count(buddy) != 0);
497                 return 1;
498         }
499
500         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
501                 VM_BUG_ON(page_count(buddy) != 0);
502                 return 1;
503         }
504         return 0;
505 }
506
507 /*
508  * Freeing function for a buddy system allocator.
509  *
510  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
511  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
512  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
513  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
514  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
515  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
516  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
517  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
518  * parts of the VM system.
519  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
520  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount -2. Page's
521  * order is recorded in page_private(page) field.
522  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
523  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
524  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
525  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
526  * triggers coalescing into a block of larger size.
527  *
528  * -- nyc
529  */
530
531 static inline void __free_one_page(struct page *page,
532                 struct zone *zone, unsigned int order,
533                 int migratetype)
534 {
535         unsigned long page_idx;
536         unsigned long combined_idx;
537         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
538         struct page *buddy;
539
540         if (unlikely(PageCompound(page)))
541                 if (unlikely(destroy_compound_page(page, order)))
542                         return;
543
544         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
545
546         page_idx = page_to_pfn(page) & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
547
548         VM_BUG_ON(page_idx & ((1 << order) - 1));
549         VM_BUG_ON(bad_range(zone, page));
550
551         while (order < MAX_ORDER-1) {
552                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
553                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
554                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
555                         break;
556                 /*
557                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
558                  * merge with it and move up one order.
559                  */
560                 if (page_is_guard(buddy)) {
561                         clear_page_guard_flag(buddy);
562                         set_page_private(page, 0);
563                         __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order,
564                                                   migratetype);
565                 } else {
566                         list_del(&buddy->lru);
567                         zone->free_area[order].nr_free--;
568                         rmv_page_order(buddy);
569                 }
570                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
571                 page = page + (combined_idx - page_idx);
572                 page_idx = combined_idx;
573                 order++;
574         }
575         set_page_order(page, order);
576
577         /*
578          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
579          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
580          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
581          * that is happening, add the free page to the tail of the list
582          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
583          * as a higher order page
584          */
585         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
586                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
587                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
588                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
589                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
590                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
591                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
592                         list_add_tail(&page->lru,
593                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
594                         goto out;
595                 }
596         }
597
598         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
599 out:
600         zone->free_area[order].nr_free++;
601 }
602
603 static inline int free_pages_check(struct page *page)
604 {
605         if (unlikely(page_mapcount(page) |
606                 (page->mapping != NULL)  |
607                 (atomic_read(&page->_count) != 0) |
608                 (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE) |
609                 (mem_cgroup_bad_page_check(page)))) {
610                 bad_page(page);
611                 return 1;
612         }
613         reset_page_last_nid(page);
614         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
615                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
616         return 0;
617 }
618
619 /*
620  * Frees a number of pages from the PCP lists
621  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
622  * count is the number of pages to free.
623  *
624  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
625  * see if this freeing clears that state.
626  *
627  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
628  * pinned" detection logic.
629  */
630 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
631                                         struct per_cpu_pages *pcp)
632 {
633         int migratetype = 0;
634         int batch_free = 0;
635         int to_free = count;
636
637         spin_lock(&zone->lock);
638         zone->all_unreclaimable = 0;
639         zone->pages_scanned = 0;
640
641         while (to_free) {
642                 struct page *page;
643                 struct list_head *list;
644
645                 /*
646                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
647                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
648                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
649                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
650                  * lists
651                  */
652                 do {
653                         batch_free++;
654                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
655                                 migratetype = 0;
656                         list = &pcp->lists[migratetype];
657                 } while (list_empty(list));
658
659                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
660                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
661                         batch_free = to_free;
662
663                 do {
664                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
665
666                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
667                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
668                         list_del(&page->lru);
669                         mt = get_freepage_migratetype(page);
670                         /* MIGRATE_MOVABLE list may include MIGRATE_RESERVEs */
671                         __free_one_page(page, zone, 0, mt);
672                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
673                         if (likely(get_pageblock_migratetype(page) != MIGRATE_ISOLATE)) {
674                                 __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, 1);
675                                 if (is_migrate_cma(mt))
676                                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES, 1);
677                         }
678                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
679         }
680         spin_unlock(&zone->lock);
681 }
682
683 static void free_one_page(struct zone *zone, struct page *page, int order,
684                                 int migratetype)
685 {
686         spin_lock(&zone->lock);
687         zone->all_unreclaimable = 0;
688         zone->pages_scanned = 0;
689
690         __free_one_page(page, zone, order, migratetype);
691         if (unlikely(migratetype != MIGRATE_ISOLATE))
692                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
693         spin_unlock(&zone->lock);
694 }
695
696 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
697 {
698         int i;
699         int bad = 0;
700
701         trace_mm_page_free(page, order);
702         kmemcheck_free_shadow(page, order);
703
704         if (PageAnon(page))
705                 page->mapping = NULL;
706         for (i = 0; i < (1 << order); i++)
707                 bad += free_pages_check(page + i);
708         if (bad)
709                 return false;
710
711         if (!PageHighMem(page)) {
712                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),PAGE_SIZE<<order);
713                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
714                                            PAGE_SIZE << order);
715         }
716         arch_free_page(page, order);
717         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
718
719         return true;
720 }
721
722 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
723 {
724         unsigned long flags;
725         int migratetype;
726
727         if (!free_pages_prepare(page, order))
728                 return;
729
730         local_irq_save(flags);
731         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
732         migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
733         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
734         free_one_page(page_zone(page), page, order, migratetype);
735         local_irq_restore(flags);
736 }
737
738 /*
739  * Read access to zone->managed_pages is safe because it's unsigned long,
740  * but we still need to serialize writers. Currently all callers of
741  * __free_pages_bootmem() except put_page_bootmem() should only be used
742  * at boot time. So for shorter boot time, we shift the burden to
743  * put_page_bootmem() to serialize writers.
744  */
745 void __meminit __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned int order)
746 {
747         unsigned int nr_pages = 1 << order;
748         unsigned int loop;
749
750         prefetchw(page);
751         for (loop = 0; loop < nr_pages; loop++) {
752                 struct page *p = &page[loop];
753
754                 if (loop + 1 < nr_pages)
755                         prefetchw(p + 1);
756                 __ClearPageReserved(p);
757                 set_page_count(p, 0);
758         }
759
760         page_zone(page)->managed_pages += 1 << order;
761         set_page_refcounted(page);
762         __free_pages(page, order);
763 }
764
765 #ifdef CONFIG_CMA
766 /* Free whole pageblock and set it's migration type to MIGRATE_CMA. */
767 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
768 {
769         unsigned i = pageblock_nr_pages;
770         struct page *p = page;
771
772         do {
773                 __ClearPageReserved(p);
774                 set_page_count(p, 0);
775         } while (++p, --i);
776
777         set_page_refcounted(page);
778         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
779         __free_pages(page, pageblock_order);
780         totalram_pages += pageblock_nr_pages;
781 }
782 #endif
783
784 /*
785  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
786  * Please do not alter this order without good reasons and regression
787  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
788  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
789  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
790  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
791  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
792  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
793  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
794  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
795  *
796  * -- nyc
797  */
798 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
799         int low, int high, struct free_area *area,
800         int migratetype)
801 {
802         unsigned long size = 1 << high;
803
804         while (high > low) {
805                 area--;
806                 high--;
807                 size >>= 1;
808                 VM_BUG_ON(bad_range(zone, &page[size]));
809
810 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
811                 if (high < debug_guardpage_minorder()) {
812                         /*
813                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
814                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
815                          * Corresponding page table entries will not be touched,
816                          * pages will stay not present in virtual address space
817                          */
818                         INIT_LIST_HEAD(&page[size].lru);
819                         set_page_guard_flag(&page[size]);
820                         set_page_private(&page[size], high);
821                         /* Guard pages are not available for any usage */
822                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << high),
823                                                   migratetype);
824                         continue;
825                 }
826 #endif
827                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
828                 area->nr_free++;
829                 set_page_order(&page[size], high);
830         }
831 }
832
833 /*
834  * This page is about to be returned from the page allocator
835  */
836 static inline int check_new_page(struct page *page)
837 {
838         if (unlikely(page_mapcount(page) |
839                 (page->mapping != NULL)  |
840                 (atomic_read(&page->_count) != 0)  |
841                 (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP) |
842                 (mem_cgroup_bad_page_check(page)))) {
843                 bad_page(page);
844                 return 1;
845         }
846         return 0;
847 }
848
849 static int prep_new_page(struct page *page, int order, gfp_t gfp_flags)
850 {
851         int i;
852
853         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
854                 struct page *p = page + i;
855                 if (unlikely(check_new_page(p)))
856                         return 1;
857         }
858
859         set_page_private(page, 0);
860         set_page_refcounted(page);
861
862         arch_alloc_page(page, order);
863         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
864
865         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
866                 prep_zero_page(page, order, gfp_flags);
867
868         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
869                 prep_compound_page(page, order);
870
871         return 0;
872 }
873
874 /*
875  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
876  * the smallest available page from the freelists
877  */
878 static inline
879 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
880                                                 int migratetype)
881 {
882         unsigned int current_order;
883         struct free_area * area;
884         struct page *page;
885
886         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
887         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
888                 area = &(zone->free_area[current_order]);
889                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
890                         continue;
891
892                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
893                                                         struct page, lru);
894                 list_del(&page->lru);
895                 rmv_page_order(page);
896                 area->nr_free--;
897                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
898                 return page;
899         }
900
901         return NULL;
902 }
903
904
905 /*
906  * This array describes the order lists are fallen back to when
907  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
908  */
909 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
910         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
911         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
912 #ifdef CONFIG_CMA
913         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_CMA,         MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_RESERVE },
914         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
915 #else
916         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_RESERVE },
917 #endif
918         [MIGRATE_RESERVE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
919         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
920 };
921
922 /*
923  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
924  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
925  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
926  */
927 int move_freepages(struct zone *zone,
928                           struct page *start_page, struct page *end_page,
929                           int migratetype)
930 {
931         struct page *page;
932         unsigned long order;
933         int pages_moved = 0;
934
935 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
936         /*
937          * page_zone is not safe to call in this context when
938          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
939          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
940          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
941          * grouping pages by mobility
942          */
943         BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
944 #endif
945
946         for (page = start_page; page <= end_page;) {
947                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
948                 VM_BUG_ON(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone));
949
950                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
951                         page++;
952                         continue;
953                 }
954
955                 if (!PageBuddy(page)) {
956                         page++;
957                         continue;
958                 }
959
960                 order = page_order(page);
961                 list_move(&page->lru,
962                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
963                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
964                 page += 1 << order;
965                 pages_moved += 1 << order;
966         }
967
968         return pages_moved;
969 }
970
971 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
972                                 int migratetype)
973 {
974         unsigned long start_pfn, end_pfn;
975         struct page *start_page, *end_page;
976
977         start_pfn = page_to_pfn(page);
978         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
979         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
980         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
981         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
982
983         /* Do not cross zone boundaries */
984         if (start_pfn < zone->zone_start_pfn)
985                 start_page = page;
986         if (end_pfn >= zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages)
987                 return 0;
988
989         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
990 }
991
992 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
993                                         int start_order, int migratetype)
994 {
995         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
996
997         while (nr_pageblocks--) {
998                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
999                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1000         }
1001 }
1002
1003 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1004 static inline struct page *
1005 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype)
1006 {
1007         struct free_area * area;
1008         int current_order;
1009         struct page *page;
1010         int migratetype, i;
1011
1012         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1013         for (current_order = MAX_ORDER-1; current_order >= order;
1014                                                 --current_order) {
1015                 for (i = 0;; i++) {
1016                         migratetype = fallbacks[start_migratetype][i];
1017
1018                         /* MIGRATE_RESERVE handled later if necessary */
1019                         if (migratetype == MIGRATE_RESERVE)
1020                                 break;
1021
1022                         area = &(zone->free_area[current_order]);
1023                         if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1024                                 continue;
1025
1026                         page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1027                                         struct page, lru);
1028                         area->nr_free--;
1029
1030                         /*
1031                          * If breaking a large block of pages, move all free
1032                          * pages to the preferred allocation list. If falling
1033                          * back for a reclaimable kernel allocation, be more
1034                          * aggressive about taking ownership of free pages
1035                          *
1036                          * On the other hand, never change migration
1037                          * type of MIGRATE_CMA pageblocks nor move CMA
1038                          * pages on different free lists. We don't
1039                          * want unmovable pages to be allocated from
1040                          * MIGRATE_CMA areas.
1041                          */
1042                         if (!is_migrate_cma(migratetype) &&
1043                             (unlikely(current_order >= pageblock_order / 2) ||
1044                              start_migratetype == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1045                              page_group_by_mobility_disabled)) {
1046                                 int pages;
1047                                 pages = move_freepages_block(zone, page,
1048                                                                 start_migratetype);
1049
1050                                 /* Claim the whole block if over half of it is free */
1051                                 if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1052                                                 page_group_by_mobility_disabled)
1053                                         set_pageblock_migratetype(page,
1054                                                                 start_migratetype);
1055
1056                                 migratetype = start_migratetype;
1057                         }
1058
1059                         /* Remove the page from the freelists */
1060                         list_del(&page->lru);
1061                         rmv_page_order(page);
1062
1063                         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1064                         if (current_order >= pageblock_order &&
1065                             !is_migrate_cma(migratetype))
1066                                 change_pageblock_range(page, current_order,
1067                                                         start_migratetype);
1068
1069                         expand(zone, page, order, current_order, area,
1070                                is_migrate_cma(migratetype)
1071                              ? migratetype : start_migratetype);
1072
1073                         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1074                                 start_migratetype, migratetype);
1075
1076                         return page;
1077                 }
1078         }
1079
1080         return NULL;
1081 }
1082
1083 /*
1084  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1085  * Call me with the zone->lock already held.
1086  */
1087 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1088                                                 int migratetype)
1089 {
1090         struct page *page;
1091
1092 retry_reserve:
1093         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1094
1095         if (unlikely(!page) && migratetype != MIGRATE_RESERVE) {
1096                 page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1097
1098                 /*
1099                  * Use MIGRATE_RESERVE rather than fail an allocation. goto
1100                  * is used because __rmqueue_smallest is an inline function
1101                  * and we want just one call site
1102                  */
1103                 if (!page) {
1104                         migratetype = MIGRATE_RESERVE;
1105                         goto retry_reserve;
1106                 }
1107         }
1108
1109         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1110         return page;
1111 }
1112
1113 /*
1114  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1115  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1116  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1117  */
1118 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1119                         unsigned long count, struct list_head *list,
1120                         int migratetype, int cold)
1121 {
1122         int mt = migratetype, i;
1123
1124         spin_lock(&zone->lock);
1125         for (i = 0; i < count; ++i) {
1126                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1127                 if (unlikely(page == NULL))
1128                         break;
1129
1130                 /*
1131                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1132                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1133                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1134                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1135                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1136                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1137                  * properly.
1138                  */
1139                 if (likely(cold == 0))
1140                         list_add(&page->lru, list);
1141                 else
1142                         list_add_tail(&page->lru, list);
1143                 if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
1144                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1145                         if (!is_migrate_cma(mt) && mt != MIGRATE_ISOLATE)
1146                                 mt = migratetype;
1147                 }
1148                 set_freepage_migratetype(page, mt);
1149                 list = &page->lru;
1150                 if (is_migrate_cma(mt))
1151                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1152                                               -(1 << order));
1153         }
1154         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1155         spin_unlock(&zone->lock);
1156         return i;
1157 }
1158
1159 #ifdef CONFIG_NUMA
1160 /*
1161  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1162  * currently executing processor on remote nodes after they have
1163  * expired.
1164  *
1165  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1166  * a single processor.
1167  */
1168 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1169 {
1170         unsigned long flags;
1171         int to_drain;
1172
1173         local_irq_save(flags);
1174         if (pcp->count >= pcp->batch)
1175                 to_drain = pcp->batch;
1176         else
1177                 to_drain = pcp->count;
1178         if (to_drain > 0) {
1179                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1180                 pcp->count -= to_drain;
1181         }
1182         local_irq_restore(flags);
1183 }
1184 #endif
1185
1186 /*
1187  * Drain pages of the indicated processor.
1188  *
1189  * The processor must either be the current processor and the
1190  * thread pinned to the current processor or a processor that
1191  * is not online.
1192  */
1193 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1194 {
1195         unsigned long flags;
1196         struct zone *zone;
1197
1198         for_each_populated_zone(zone) {
1199                 struct per_cpu_pageset *pset;
1200                 struct per_cpu_pages *pcp;
1201
1202                 local_irq_save(flags);
1203                 pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1204
1205                 pcp = &pset->pcp;
1206                 if (pcp->count) {
1207                         free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1208                         pcp->count = 0;
1209                 }
1210                 local_irq_restore(flags);
1211         }
1212 }
1213
1214 /*
1215  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1216  */
1217 void drain_local_pages(void *arg)
1218 {
1219         drain_pages(smp_processor_id());
1220 }
1221
1222 /*
1223  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1224  *
1225  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1226  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1227  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1228  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1229  * before the call to on_each_cpu_mask().
1230  */
1231 void drain_all_pages(void)
1232 {
1233         int cpu;
1234         struct per_cpu_pageset *pcp;
1235         struct zone *zone;
1236
1237         /*
1238          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1239          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1240          */
1241         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1242
1243         /*
1244          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1245          * as offline notification will cause the notified
1246          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1247          * disables preemption as part of its processing
1248          */
1249         for_each_online_cpu(cpu) {
1250                 bool has_pcps = false;
1251                 for_each_populated_zone(zone) {
1252                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1253                         if (pcp->pcp.count) {
1254                                 has_pcps = true;
1255                                 break;
1256                         }
1257                 }
1258                 if (has_pcps)
1259                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1260                 else
1261                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1262         }
1263         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, drain_local_pages, NULL, 1);
1264 }
1265
1266 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1267
1268 void mark_free_pages(struct zone *zone)
1269 {
1270         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
1271         unsigned long flags;
1272         int order, t;
1273         struct list_head *curr;
1274
1275         if (!zone->spanned_pages)
1276                 return;
1277
1278         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1279
1280         max_zone_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
1281         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1282                 if (pfn_valid(pfn)) {
1283                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
1284
1285                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
1286                                 swsusp_unset_page_free(page);
1287                 }
1288
1289         for_each_migratetype_order(order, t) {
1290                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
1291                         unsigned long i;
1292
1293                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
1294                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
1295                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
1296                 }
1297         }
1298         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1299 }
1300 #endif /* CONFIG_PM */
1301
1302 /*
1303  * Free a 0-order page
1304  * cold == 1 ? free a cold page : free a hot page
1305  */
1306 void free_hot_cold_page(struct page *page, int cold)
1307 {
1308         struct zone *zone = page_zone(page);
1309         struct per_cpu_pages *pcp;
1310         unsigned long flags;
1311         int migratetype;
1312
1313         if (!free_pages_prepare(page, 0))
1314                 return;
1315
1316         migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
1317         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1318         local_irq_save(flags);
1319         __count_vm_event(PGFREE);
1320
1321         /*
1322          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
1323          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
1324          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
1325          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
1326          * excessively into the page allocator
1327          */
1328         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
1329                 if (unlikely(migratetype == MIGRATE_ISOLATE)) {
1330                         free_one_page(zone, page, 0, migratetype);
1331                         goto out;
1332                 }
1333                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
1334         }
1335
1336         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1337         if (cold)
1338                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1339         else
1340                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1341         pcp->count++;
1342         if (pcp->count >= pcp->high) {
1343                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->batch, pcp);
1344                 pcp->count -= pcp->batch;
1345         }
1346
1347 out:
1348         local_irq_restore(flags);
1349 }
1350
1351 /*
1352  * Free a list of 0-order pages
1353  */
1354 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, int cold)
1355 {
1356         struct page *page, *next;
1357
1358         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
1359                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
1360                 free_hot_cold_page(page, cold);
1361         }
1362 }
1363
1364 /*
1365  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
1366  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
1367  * Each sub-page must be freed individually.
1368  *
1369  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1370  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1371  */
1372 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
1373 {
1374         int i;
1375
1376         VM_BUG_ON(PageCompound(page));
1377         VM_BUG_ON(!page_count(page));
1378
1379 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
1380         /*
1381          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
1382          * otherwise free the whole shadow.
1383          */
1384         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
1385                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
1386 #endif
1387
1388         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
1389                 set_page_refcounted(page + i);
1390 }
1391
1392 /*
1393  * Similar to the split_page family of functions except that the page
1394  * required at the given order and being isolated now to prevent races
1395  * with parallel allocators
1396  */
1397 int capture_free_page(struct page *page, int alloc_order, int migratetype)
1398 {
1399         unsigned int order;
1400         unsigned long watermark;
1401         struct zone *zone;
1402         int mt;
1403
1404         BUG_ON(!PageBuddy(page));
1405
1406         zone = page_zone(page);
1407         order = page_order(page);
1408         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1409
1410         if (mt != MIGRATE_ISOLATE) {
1411                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
1412                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
1413                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
1414                         return 0;
1415
1416                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << alloc_order), mt);
1417         }
1418
1419         /* Remove page from free list */
1420         list_del(&page->lru);
1421         zone->free_area[order].nr_free--;
1422         rmv_page_order(page);
1423
1424         if (alloc_order != order)
1425                 expand(zone, page, alloc_order, order,
1426                         &zone->free_area[order], migratetype);
1427
1428         /* Set the pageblock if the captured page is at least a pageblock */
1429         if (order >= pageblock_order - 1) {
1430                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
1431                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
1432                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
1433                         if (mt != MIGRATE_ISOLATE && !is_migrate_cma(mt))
1434                                 set_pageblock_migratetype(page,
1435                                                           MIGRATE_MOVABLE);
1436                 }
1437         }
1438
1439         return 1UL << alloc_order;
1440 }
1441
1442 /*
1443  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
1444  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
1445  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
1446  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
1447  * are enabled.
1448  *
1449  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1450  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1451  */
1452 int split_free_page(struct page *page)
1453 {
1454         unsigned int order;
1455         int nr_pages;
1456
1457         BUG_ON(!PageBuddy(page));
1458         order = page_order(page);
1459
1460         nr_pages = capture_free_page(page, order, 0);
1461         if (!nr_pages)
1462                 return 0;
1463
1464         /* Split into individual pages */
1465         set_page_refcounted(page);
1466         split_page(page, order);
1467         return nr_pages;
1468 }
1469
1470 /*
1471  * Really, prep_compound_page() should be called from __rmqueue_bulk().  But
1472  * we cheat by calling it from here, in the order > 0 path.  Saves a branch
1473  * or two.
1474  */
1475 static inline
1476 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
1477                         struct zone *zone, int order, gfp_t gfp_flags,
1478                         int migratetype)
1479 {
1480         unsigned long flags;
1481         struct page *page;
1482         int cold = !!(gfp_flags & __GFP_COLD);
1483
1484 again:
1485         if (likely(order == 0)) {
1486                 struct per_cpu_pages *pcp;
1487                 struct list_head *list;
1488
1489                 local_irq_save(flags);
1490                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1491                 list = &pcp->lists[migratetype];
1492                 if (list_empty(list)) {
1493                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
1494                                         pcp->batch, list,
1495                                         migratetype, cold);
1496                         if (unlikely(list_empty(list)))
1497                                 goto failed;
1498                 }
1499
1500                 if (cold)
1501                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
1502                 else
1503                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
1504
1505                 list_del(&page->lru);
1506                 pcp->count--;
1507         } else {
1508                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
1509                         /*
1510                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
1511                          *
1512                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
1513                          * properly detect and handle allocation failures.
1514                          *
1515                          * We most definitely don't want callers attempting to
1516                          * allocate greater than order-1 page units with
1517                          * __GFP_NOFAIL.
1518                          */
1519                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
1520                 }
1521                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1522                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1523                 spin_unlock(&zone->lock);
1524                 if (!page)
1525                         goto failed;
1526                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1527                                           get_pageblock_migratetype(page));
1528         }
1529
1530         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
1531         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
1532         local_irq_restore(flags);
1533
1534         VM_BUG_ON(bad_range(zone, page));
1535         if (prep_new_page(page, order, gfp_flags))
1536                 goto again;
1537         return page;
1538
1539 failed:
1540         local_irq_restore(flags);
1541         return NULL;
1542 }
1543
1544 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
1545
1546 static struct {
1547         struct fault_attr attr;
1548
1549         u32 ignore_gfp_highmem;
1550         u32 ignore_gfp_wait;
1551         u32 min_order;
1552 } fail_page_alloc = {
1553         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
1554         .ignore_gfp_wait = 1,
1555         .ignore_gfp_highmem = 1,
1556         .min_order = 1,
1557 };
1558
1559 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
1560 {
1561         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
1562 }
1563 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
1564
1565 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1566 {
1567         if (order < fail_page_alloc.min_order)
1568                 return false;
1569         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
1570                 return false;
1571         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
1572                 return false;
1573         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_wait && (gfp_mask & __GFP_WAIT))
1574                 return false;
1575
1576         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
1577 }
1578
1579 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
1580
1581 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
1582 {
1583         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
1584         struct dentry *dir;
1585
1586         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
1587                                         &fail_page_alloc.attr);
1588         if (IS_ERR(dir))
1589                 return PTR_ERR(dir);
1590
1591         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
1592                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_wait))
1593                 goto fail;
1594         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
1595                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
1596                 goto fail;
1597         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
1598                                 &fail_page_alloc.min_order))
1599                 goto fail;
1600
1601         return 0;
1602 fail:
1603         debugfs_remove_recursive(dir);
1604
1605         return -ENOMEM;
1606 }
1607
1608 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
1609
1610 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
1611
1612 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1613
1614 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1615 {
1616         return false;
1617 }
1618
1619 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1620
1621 /*
1622  * Return true if free pages are above 'mark'. This takes into account the order
1623  * of the allocation.
1624  */
1625 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
1626                       int classzone_idx, int alloc_flags, long free_pages)
1627 {
1628         /* free_pages my go negative - that's OK */
1629         long min = mark;
1630         long lowmem_reserve = z->lowmem_reserve[classzone_idx];
1631         int o;
1632
1633         free_pages -= (1 << order) - 1;
1634         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
1635                 min -= min / 2;
1636         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER)
1637                 min -= min / 4;
1638 #ifdef CONFIG_CMA
1639         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
1640         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
1641                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
1642 #endif
1643         if (free_pages <= min + lowmem_reserve)
1644                 return false;
1645         for (o = 0; o < order; o++) {
1646                 /* At the next order, this order's pages become unavailable */
1647                 free_pages -= z->free_area[o].nr_free << o;
1648
1649                 /* Require fewer higher order pages to be free */
1650                 min >>= 1;
1651
1652                 if (free_pages <= min)
1653                         return false;
1654         }
1655         return true;
1656 }
1657
1658 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1659 static inline unsigned long nr_zone_isolate_freepages(struct zone *zone)
1660 {
1661         if (unlikely(zone->nr_pageblock_isolate))
1662                 return zone->nr_pageblock_isolate * pageblock_nr_pages;
1663         return 0;
1664 }
1665 #else
1666 static inline unsigned long nr_zone_isolate_freepages(struct zone *zone)
1667 {
1668         return 0;
1669 }
1670 #endif
1671
1672 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
1673                       int classzone_idx, int alloc_flags)
1674 {
1675         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1676                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
1677 }
1678
1679 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
1680                       int classzone_idx, int alloc_flags)
1681 {
1682         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
1683
1684         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
1685                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
1686
1687         /*
1688          * If the zone has MIGRATE_ISOLATE type free pages, we should consider
1689          * it.  nr_zone_isolate_freepages is never accurate so kswapd might not
1690          * sleep although it could do so.  But this is more desirable for memory
1691          * hotplug than sleeping which can cause a livelock in the direct
1692          * reclaim path.
1693          */
1694         free_pages -= nr_zone_isolate_freepages(z);
1695         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1696                                                                 free_pages);
1697 }
1698
1699 #ifdef CONFIG_NUMA
1700 /*
1701  * zlc_setup - Setup for "zonelist cache".  Uses cached zone data to
1702  * skip over zones that are not allowed by the cpuset, or that have
1703  * been recently (in last second) found to be nearly full.  See further
1704  * comments in mmzone.h.  Reduces cache footprint of zonelist scans
1705  * that have to skip over a lot of full or unallowed zones.
1706  *
1707  * If the zonelist cache is present in the passed in zonelist, then
1708  * returns a pointer to the allowed node mask (either the current
1709  * tasks mems_allowed, or node_states[N_MEMORY].)
1710  *
1711  * If the zonelist cache is not available for this zonelist, does
1712  * nothing and returns NULL.
1713  *
1714  * If the fullzones BITMAP in the zonelist cache is stale (more than
1715  * a second since last zap'd) then we zap it out (clear its bits.)
1716  *
1717  * We hold off even calling zlc_setup, until after we've checked the
1718  * first zone in the zonelist, on the theory that most allocations will
1719  * be satisfied from that first zone, so best to examine that zone as
1720  * quickly as we can.
1721  */
1722 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1723 {
1724         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1725         nodemask_t *allowednodes;       /* zonelist_cache approximation */
1726
1727         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1728         if (!zlc)
1729                 return NULL;
1730
1731         if (time_after(jiffies, zlc->last_full_zap + HZ)) {
1732                 bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1733                 zlc->last_full_zap = jiffies;
1734         }
1735
1736         allowednodes = !in_interrupt() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) ?
1737                                         &cpuset_current_mems_allowed :
1738                                         &node_states[N_MEMORY];
1739         return allowednodes;
1740 }
1741
1742 /*
1743  * Given 'z' scanning a zonelist, run a couple of quick checks to see
1744  * if it is worth looking at further for free memory:
1745  *  1) Check that the zone isn't thought to be full (doesn't have its
1746  *     bit set in the zonelist_cache fullzones BITMAP).
1747  *  2) Check that the zones node (obtained from the zonelist_cache
1748  *     z_to_n[] mapping) is allowed in the passed in allowednodes mask.
1749  * Return true (non-zero) if zone is worth looking at further, or
1750  * else return false (zero) if it is not.
1751  *
1752  * This check -ignores- the distinction between various watermarks,
1753  * such as GFP_HIGH, GFP_ATOMIC, PF_MEMALLOC, ...  If a zone is
1754  * found to be full for any variation of these watermarks, it will
1755  * be considered full for up to one second by all requests, unless
1756  * we are so low on memory on all allowed nodes that we are forced
1757  * into the second scan of the zonelist.
1758  *
1759  * In the second scan we ignore this zonelist cache and exactly
1760  * apply the watermarks to all zones, even it is slower to do so.
1761  * We are low on memory in the second scan, and should leave no stone
1762  * unturned looking for a free page.
1763  */
1764 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1765                                                 nodemask_t *allowednodes)
1766 {
1767         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1768         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1769         int n;                          /* node that zone *z is on */
1770
1771         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1772         if (!zlc)
1773                 return 1;
1774
1775         i = z - zonelist->_zonerefs;
1776         n = zlc->z_to_n[i];
1777
1778         /* This zone is worth trying if it is allowed but not full */
1779         return node_isset(n, *allowednodes) && !test_bit(i, zlc->fullzones);
1780 }
1781
1782 /*
1783  * Given 'z' scanning a zonelist, set the corresponding bit in
1784  * zlc->fullzones, so that subsequent attempts to allocate a page
1785  * from that zone don't waste time re-examining it.
1786  */
1787 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1788 {
1789         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1790         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1791
1792         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1793         if (!zlc)
1794                 return;
1795
1796         i = z - zonelist->_zonerefs;
1797
1798         set_bit(i, zlc->fullzones);
1799 }
1800
1801 /*
1802  * clear all zones full, called after direct reclaim makes progress so that
1803  * a zone that was recently full is not skipped over for up to a second
1804  */
1805 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
1806 {
1807         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1808
1809         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1810         if (!zlc)
1811                 return;
1812
1813         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1814 }
1815
1816 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1817 {
1818         return node_isset(local_zone->node, zone->zone_pgdat->reclaim_nodes);
1819 }
1820
1821 static void __paginginit init_zone_allows_reclaim(int nid)
1822 {
1823         int i;
1824
1825         for_each_online_node(i)
1826                 if (node_distance(nid, i) <= RECLAIM_DISTANCE)
1827                         node_set(i, NODE_DATA(nid)->reclaim_nodes);
1828                 else
1829                         zone_reclaim_mode = 1;
1830 }
1831
1832 #else   /* CONFIG_NUMA */
1833
1834 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1835 {
1836         return NULL;
1837 }
1838
1839 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1840                                 nodemask_t *allowednodes)
1841 {
1842         return 1;
1843 }
1844
1845 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1846 {
1847 }
1848
1849 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
1850 {
1851 }
1852
1853 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1854 {
1855         return true;
1856 }
1857
1858 static inline void init_zone_allows_reclaim(int nid)
1859 {
1860 }
1861 #endif  /* CONFIG_NUMA */
1862
1863 /*
1864  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
1865  * a page.
1866  */
1867 static struct page *
1868 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, unsigned int order,
1869                 struct zonelist *zonelist, int high_zoneidx, int alloc_flags,
1870                 struct zone *preferred_zone, int migratetype)
1871 {
1872         struct zoneref *z;
1873         struct page *page = NULL;
1874         int classzone_idx;
1875         struct zone *zone;
1876         nodemask_t *allowednodes = NULL;/* zonelist_cache approximation */
1877         int zlc_active = 0;             /* set if using zonelist_cache */
1878         int did_zlc_setup = 0;          /* just call zlc_setup() one time */
1879
1880         classzone_idx = zone_idx(preferred_zone);
1881 zonelist_scan:
1882         /*
1883          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
1884          * See also cpuset_zone_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
1885          */
1886         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
1887                                                 high_zoneidx, nodemask) {
1888                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
1889                         !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
1890                                 continue;
1891                 if ((alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
1892                         !cpuset_zone_allowed_softwall(zone, gfp_mask))
1893                                 continue;
1894                 /*
1895                  * When allocating a page cache page for writing, we
1896                  * want to get it from a zone that is within its dirty
1897                  * limit, such that no single zone holds more than its
1898                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
1899                  * The dirty limits take into account the zone's
1900                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
1901                  * should be able to balance it without having to
1902                  * write pages from its LRU list.
1903                  *
1904                  * This may look like it could increase pressure on
1905                  * lower zones by failing allocations in higher zones
1906                  * before they are full.  But the pages that do spill
1907                  * over are limited as the lower zones are protected
1908                  * by this very same mechanism.  It should not become
1909                  * a practical burden to them.
1910                  *
1911                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
1912                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
1913                  * (ALLOC_WMARK_LOW unset) before going into reclaim,
1914                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
1915                  * zones are together not big enough to reach the
1916                  * global limit.  The proper fix for these situations
1917                  * will require awareness of zones in the
1918                  * dirty-throttling and the flusher threads.
1919                  */
1920                 if ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_LOW) &&
1921                     (gfp_mask & __GFP_WRITE) && !zone_dirty_ok(zone))
1922                         goto this_zone_full;
1923
1924                 BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
1925                 if (!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
1926                         unsigned long mark;
1927                         int ret;
1928
1929                         mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
1930                         if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
1931                                     classzone_idx, alloc_flags))
1932                                 goto try_this_zone;
1933
1934                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
1935                                         !did_zlc_setup && nr_online_nodes > 1) {
1936                                 /*
1937                                  * we do zlc_setup if there are multiple nodes
1938                                  * and before considering the first zone allowed
1939                                  * by the cpuset.
1940                                  */
1941                                 allowednodes = zlc_setup(zonelist, alloc_flags);
1942                                 zlc_active = 1;
1943                                 did_zlc_setup = 1;
1944                         }
1945
1946                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
1947                             !zone_allows_reclaim(preferred_zone, zone))
1948                                 goto this_zone_full;
1949
1950                         /*
1951                          * As we may have just activated ZLC, check if the first
1952                          * eligible zone has failed zone_reclaim recently.
1953                          */
1954                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
1955                                 !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
1956                                 continue;
1957
1958                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
1959                         switch (ret) {
1960                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
1961                                 /* did not scan */
1962                                 continue;
1963                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
1964                                 /* scanned but unreclaimable */
1965                                 continue;
1966                         default:
1967                                 /* did we reclaim enough */
1968                                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
1969                                                 classzone_idx, alloc_flags))
1970                                         goto this_zone_full;
1971                         }
1972                 }
1973
1974 try_this_zone:
1975                 page = buffered_rmqueue(preferred_zone, zone, order,
1976                                                 gfp_mask, migratetype);
1977                 if (page)
1978                         break;
1979 this_zone_full:
1980                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
1981                         zlc_mark_zone_full(zonelist, z);
1982         }
1983
1984         if (unlikely(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && page == NULL && zlc_active)) {
1985                 /* Disable zlc cache for second zonelist scan */
1986                 zlc_active = 0;
1987                 goto zonelist_scan;
1988         }
1989
1990         if (page)
1991                 /*
1992                  * page->pfmemalloc is set when ALLOC_NO_WATERMARKS was
1993                  * necessary to allocate the page. The expectation is
1994                  * that the caller is taking steps that will free more
1995                  * memory. The caller should avoid the page being used
1996                  * for !PFMEMALLOC purposes.
1997                  */
1998                 page->pfmemalloc = !!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS);
1999
2000         return page;
2001 }
2002
2003 /*
2004  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2005  * meminfo in irq context.
2006  */
2007 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2008 {
2009         bool ret = false;
2010
2011 #if NODES_SHIFT > 8
2012         ret = in_interrupt();
2013 #endif
2014         return ret;
2015 }
2016
2017 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2018                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2019                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2020
2021 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, int order, const char *fmt, ...)
2022 {
2023         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2024
2025         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2026             debug_guardpage_minorder() > 0)
2027                 return;
2028
2029         /*
2030          * This documents exceptions given to allocations in certain
2031          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2032          * of allowed nodes.
2033          */
2034         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2035                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2036                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2037                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2038         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2039                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2040
2041         if (fmt) {
2042                 struct va_format vaf;
2043                 va_list args;
2044
2045                 va_start(args, fmt);
2046
2047                 vaf.fmt = fmt;
2048                 vaf.va = &args;
2049
2050                 pr_warn("%pV", &vaf);
2051
2052                 va_end(args);
2053         }
2054
2055         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%d, mode:0x%x\n",
2056                 current->comm, order, gfp_mask);
2057
2058         dump_stack();
2059         if (!should_suppress_show_mem())
2060                 show_mem(filter);
2061 }
2062
2063 static inline int
2064 should_alloc_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2065                                 unsigned long did_some_progress,
2066                                 unsigned long pages_reclaimed)
2067 {
2068         /* Do not loop if specifically requested */
2069         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
2070                 return 0;
2071
2072         /* Always retry if specifically requested */
2073         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2074                 return 1;
2075
2076         /*
2077          * Suspend converts GFP_KERNEL to __GFP_WAIT which can prevent reclaim
2078          * making forward progress without invoking OOM. Suspend also disables
2079          * storage devices so kswapd will not help. Bail if we are suspending.
2080          */
2081         if (!did_some_progress && pm_suspended_storage())
2082                 return 0;
2083
2084         /*
2085          * In this implementation, order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER
2086          * means __GFP_NOFAIL, but that may not be true in other
2087          * implementations.
2088          */
2089         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2090                 return 1;
2091
2092         /*
2093          * For order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER, if __GFP_REPEAT is
2094          * specified, then we retry until we no longer reclaim any pages
2095          * (above), or we've reclaimed an order of pages at least as
2096          * large as the allocation's order. In both cases, if the
2097          * allocation still fails, we stop retrying.
2098          */
2099         if (gfp_mask & __GFP_REPEAT && pages_reclaimed < (1 << order))
2100                 return 1;
2101
2102         return 0;
2103 }
2104
2105 static inline struct page *
2106 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2107         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2108         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2109         int migratetype)
2110 {
2111         struct page *page;
2112
2113         /* Acquire the OOM killer lock for the zones in zonelist */
2114         if (!try_set_zonelist_oom(zonelist, gfp_mask)) {
2115                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2116                 return NULL;
2117         }
2118
2119         /*
2120          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2121          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2122          * we're still under heavy pressure.
2123          */
2124         page = get_page_from_freelist(gfp_mask|__GFP_HARDWALL, nodemask,
2125                 order, zonelist, high_zoneidx,
2126                 ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET,
2127                 preferred_zone, migratetype);
2128         if (page)
2129                 goto out;
2130
2131         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2132                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2133                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2134                         goto out;
2135                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2136                 if (high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2137                         goto out;
2138                 /*
2139                  * GFP_THISNODE contains __GFP_NORETRY and we never hit this.
2140                  * Sanity check for bare calls of __GFP_THISNODE, not real OOM.
2141                  * The caller should handle page allocation failure by itself if
2142                  * it specifies __GFP_THISNODE.
2143                  * Note: Hugepage uses it but will hit PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER.
2144                  */
2145                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2146                         goto out;
2147         }
2148         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2149         out_of_memory(zonelist, gfp_mask, order, nodemask, false);
2150
2151 out:
2152         clear_zonelist_oom(zonelist, gfp_mask);
2153         return page;
2154 }
2155
2156 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2157 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2158 static struct page *
2159 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2160         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2161         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2162         int migratetype, bool sync_migration,
2163         bool *contended_compaction, bool *deferred_compaction,
2164         unsigned long *did_some_progress)
2165 {
2166         struct page *page = NULL;
2167
2168         if (!order)
2169                 return NULL;
2170
2171         if (compaction_deferred(preferred_zone, order)) {
2172                 *deferred_compaction = true;
2173                 return NULL;
2174         }
2175
2176         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2177         *did_some_progress = try_to_compact_pages(zonelist, order, gfp_mask,
2178                                                 nodemask, sync_migration,
2179                                                 contended_compaction, &page);
2180         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2181
2182         /* If compaction captured a page, prep and use it */
2183         if (page) {
2184                 prep_new_page(page, order, gfp_mask);
2185                 goto got_page;
2186         }
2187
2188         if (*did_some_progress != COMPACT_SKIPPED) {
2189                 /* Page migration frees to the PCP lists but we want merging */
2190                 drain_pages(get_cpu());
2191                 put_cpu();
2192
2193                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask,
2194                                 order, zonelist, high_zoneidx,
2195                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2196                                 preferred_zone, migratetype);
2197                 if (page) {
2198 got_page:
2199                         preferred_zone->compact_blockskip_flush = false;
2200                         preferred_zone->compact_considered = 0;
2201                         preferred_zone->compact_defer_shift = 0;
2202                         if (order >= preferred_zone->compact_order_failed)
2203                                 preferred_zone->compact_order_failed = order + 1;
2204                         count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2205                         return page;
2206                 }
2207
2208                 /*
2209                  * It's bad if compaction run occurs and fails.
2210                  * The most likely reason is that pages exist,
2211                  * but not enough to satisfy watermarks.
2212                  */
2213                 count_vm_event(COMPACTFAIL);
2214
2215                 /*
2216                  * As async compaction considers a subset of pageblocks, only
2217                  * defer if the failure was a sync compaction failure.
2218                  */
2219                 if (sync_migration)
2220                         defer_compaction(preferred_zone, order);
2221
2222                 cond_resched();
2223         }
2224
2225         return NULL;
2226 }
2227 #else
2228 static inline struct page *
2229 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2230         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2231         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2232         int migratetype, bool sync_migration,
2233         bool *contended_compaction, bool *deferred_compaction,
2234         unsigned long *did_some_progress)
2235 {
2236         return NULL;
2237 }
2238 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2239
2240 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2241 static int
2242 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, struct zonelist *zonelist,
2243                   nodemask_t *nodemask)
2244 {
2245         struct reclaim_state reclaim_state;
2246         int progress;
2247
2248         cond_resched();
2249
2250         /* We now go into synchronous reclaim */
2251         cpuset_memory_pressure_bump();
2252         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2253         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2254         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2255         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2256
2257         progress = try_to_free_pages(zonelist, order, gfp_mask, nodemask);
2258
2259         current->reclaim_state = NULL;
2260         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2261         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2262
2263         cond_resched();
2264
2265         return progress;
2266 }
2267
2268 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2269 static inline struct page *
2270 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2271         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2272         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2273         int migratetype, unsigned long *did_some_progress)
2274 {
2275         struct page *page = NULL;
2276         bool drained = false;
2277
2278         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, zonelist,
2279                                                nodemask);
2280         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2281                 return NULL;
2282
2283         /* After successful reclaim, reconsider all zones for allocation */
2284         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2285                 zlc_clear_zones_full(zonelist);
2286
2287 retry:
2288         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order,
2289                                         zonelist, high_zoneidx,
2290                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2291                                         preferred_zone, migratetype);
2292
2293         /*
2294          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2295          * pages are pinned on the per-cpu lists. Drain them and try again
2296          */
2297         if (!page && !drained) {
2298                 drain_all_pages();
2299                 drained = true;
2300                 goto retry;
2301         }
2302
2303         return page;
2304 }
2305
2306 /*
2307  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2308  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2309  */
2310 static inline struct page *
2311 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2312         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2313         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2314         int migratetype)
2315 {
2316         struct page *page;
2317
2318         do {
2319                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order,
2320                         zonelist, high_zoneidx, ALLOC_NO_WATERMARKS,
2321                         preferred_zone, migratetype);
2322
2323                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2324                         wait_iff_congested(preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
2325         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2326
2327         return page;
2328 }
2329
2330 static inline
2331 void wake_all_kswapd(unsigned int order, struct zonelist *zonelist,
2332                                                 enum zone_type high_zoneidx,
2333                                                 enum zone_type classzone_idx)
2334 {
2335         struct zoneref *z;
2336         struct zone *zone;
2337
2338         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, high_zoneidx)
2339                 wakeup_kswapd(zone, order, classzone_idx);
2340 }
2341
2342 static inline int
2343 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2344 {
2345         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2346         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2347
2348         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2349         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2350
2351         /*
2352          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2353          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2354          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2355          * set both ALLOC_HARDER (!wait) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2356          */
2357         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2358
2359         if (!wait) {
2360                 /*
2361                  * Not worth trying to allocate harder for
2362                  * __GFP_NOMEMALLOC even if it can't schedule.
2363                  */
2364                 if  (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2365                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2366                 /*
2367                  * Ignore cpuset if GFP_ATOMIC (!wait) rather than fail alloc.
2368                  * See also cpuset_zone_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2369                  */
2370                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2371         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2372                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2373
2374         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2375                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2376                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2377                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2378                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2379                 else if (!in_interrupt() &&
2380                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2381                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2382                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2383         }
2384 #ifdef CONFIG_CMA
2385         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2386                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2387 #endif
2388         return alloc_flags;
2389 }
2390
2391 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2392 {
2393         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2394 }
2395
2396 static inline struct page *
2397 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2398         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2399         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2400         int migratetype)
2401 {
2402         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2403         struct page *page = NULL;
2404         int alloc_flags;
2405         unsigned long pages_reclaimed = 0;
2406         unsigned long did_some_progress;
2407         bool sync_migration = false;
2408         bool deferred_compaction = false;
2409         bool contended_compaction = false;
2410
2411         /*
2412          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
2413          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
2414          * be using allocators in order of preference for an area that is
2415          * too large.
2416          */
2417         if (order >= MAX_ORDER) {
2418                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
2419                 return NULL;
2420         }
2421
2422         /*
2423          * GFP_THISNODE (meaning __GFP_THISNODE, __GFP_NORETRY and
2424          * __GFP_NOWARN set) should not cause reclaim since the subsystem
2425          * (f.e. slab) using GFP_THISNODE may choose to trigger reclaim
2426          * using a larger set of nodes after it has established that the
2427          * allowed per node queues are empty and that nodes are
2428          * over allocated.
2429          */
2430         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2431                         (gfp_mask & GFP_THISNODE) == GFP_THISNODE)
2432                 goto nopage;
2433
2434 restart:
2435         if (!(gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2436                 wake_all_kswapd(order, zonelist, high_zoneidx,
2437                                                 zone_idx(preferred_zone));
2438
2439         /*
2440          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
2441          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
2442          * to how we want to proceed.
2443          */
2444         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
2445
2446         /*
2447          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
2448          * cpusets.
2449          */
2450         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !nodemask)
2451                 first_zones_zonelist(zonelist, high_zoneidx, NULL,
2452                                         &preferred_zone);
2453
2454 rebalance:
2455         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
2456         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order, zonelist,
2457                         high_zoneidx, alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2458                         preferred_zone, migratetype);
2459         if (page)
2460                 goto got_pg;
2461
2462         /* Allocate without watermarks if the context allows */
2463         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
2464                 /*
2465                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
2466                  * the allocation is high priority and these type of
2467                  * allocations are system rather than user orientated
2468                  */
2469                 zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
2470
2471                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order,
2472                                 zonelist, high_zoneidx, nodemask,
2473                                 preferred_zone, migratetype);
2474                 if (page) {
2475                         goto got_pg;
2476                 }
2477         }
2478
2479         /* Atomic allocations - we can't balance anything */
2480         if (!wait)
2481                 goto nopage;
2482
2483         /* Avoid recursion of direct reclaim */
2484         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
2485                 goto nopage;
2486
2487         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
2488         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2489                 goto nopage;
2490
2491         /*
2492          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
2493          * attempts after direct reclaim are synchronous
2494          */
2495         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
2496                                         zonelist, high_zoneidx,
2497                                         nodemask,
2498                                         alloc_flags, preferred_zone,
2499                                         migratetype, sync_migration,
2500                                         &contended_compaction,
2501                                         &deferred_compaction,
2502                                         &did_some_progress);
2503         if (page)
2504                 goto got_pg;
2505         sync_migration = true;
2506
2507         /*
2508          * If compaction is deferred for high-order allocations, it is because
2509          * sync compaction recently failed. In this is the case and the caller
2510          * requested a movable allocation that does not heavily disrupt the
2511          * system then fail the allocation instead of entering direct reclaim.
2512          */
2513         if ((deferred_compaction || contended_compaction) &&
2514                                                 (gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2515                 goto nopage;
2516
2517         /* Try direct reclaim and then allocating */
2518         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order,
2519                                         zonelist, high_zoneidx,
2520                                         nodemask,
2521                                         alloc_flags, preferred_zone,
2522                                         migratetype, &did_some_progress);
2523         if (page)
2524                 goto got_pg;
2525
2526         /*
2527          * If we failed to make any progress reclaiming, then we are
2528          * running out of options and have to consider going OOM
2529          */
2530         if (!did_some_progress) {
2531                 if ((gfp_mask & __GFP_FS) && !(gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
2532                         if (oom_killer_disabled)
2533                                 goto nopage;
2534                         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2535                         if ((current->flags & PF_DUMPCORE) &&
2536                             !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2537                                 goto nopage;
2538                         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order,
2539                                         zonelist, high_zoneidx,
2540                                         nodemask, preferred_zone,
2541                                         migratetype);
2542                         if (page)
2543                                 goto got_pg;
2544
2545                         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2546                                 /*
2547                                  * The oom killer is not called for high-order
2548                                  * allocations that may fail, so if no progress
2549                                  * is being made, there are no other options and
2550                                  * retrying is unlikely to help.
2551                                  */
2552                                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2553                                         goto nopage;
2554                                 /*
2555                                  * The oom killer is not called for lowmem
2556                                  * allocations to prevent needlessly killing
2557                                  * innocent tasks.
2558                                  */
2559                                 if (high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2560                                         goto nopage;
2561                         }
2562
2563                         goto restart;
2564                 }
2565         }
2566
2567         /* Check if we should retry the allocation */
2568         pages_reclaimed += did_some_progress;
2569         if (should_alloc_retry(gfp_mask, order, did_some_progress,
2570                                                 pages_reclaimed)) {
2571                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
2572                 wait_iff_congested(preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
2573                 goto rebalance;
2574         } else {
2575                 /*
2576                  * High-order allocations do not necessarily loop after
2577                  * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
2578                  * being called after reclaim so call directly if necessary
2579                  */
2580                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
2581                                         zonelist, high_zoneidx,
2582                                         nodemask,
2583                                         alloc_flags, preferred_zone,
2584                                         migratetype, sync_migration,
2585                                         &contended_compaction,
2586                                         &deferred_compaction,
2587                                         &did_some_progress);
2588                 if (page)
2589                         goto got_pg;
2590         }
2591
2592 nopage:
2593         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
2594         return page;
2595 got_pg:
2596         if (kmemcheck_enabled)
2597                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
2598
2599         return page;
2600 }
2601
2602 /*
2603  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
2604  */
2605 struct page *
2606 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2607                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
2608 {
2609         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
2610         struct zone *preferred_zone;
2611         struct page *page = NULL;
2612         int migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask);
2613         unsigned int cpuset_mems_cookie;
2614         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET;
2615         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
2616
2617         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
2618
2619         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
2620
2621         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
2622
2623         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
2624                 return NULL;
2625
2626         /*
2627          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
2628          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
2629          * of GFP_THISNODE and a memoryless node
2630          */
2631         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
2632                 return NULL;
2633
2634         /*
2635          * Will only have any effect when __GFP_KMEMCG is set.  This is
2636          * verified in the (always inline) callee
2637          */
2638         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
2639                 return NULL;
2640
2641 retry_cpuset:
2642         cpuset_mems_cookie = get_mems_allowed();
2643
2644         /* The preferred zone is used for statistics later */
2645         first_zones_zonelist(zonelist, high_zoneidx,
2646                                 nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
2647                                 &preferred_zone);
2648         if (!preferred_zone)
2649                 goto out;
2650
2651 #ifdef CONFIG_CMA
2652         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2653                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2654 #endif
2655         /* First allocation attempt */
2656         page = get_page_from_freelist(gfp_mask|__GFP_HARDWALL, nodemask, order,
2657                         zonelist, high_zoneidx, alloc_flags,
2658                         preferred_zone, migratetype);
2659         if (unlikely(!page))
2660                 page = __alloc_pages_slowpath(gfp_mask, order,
2661                                 zonelist, high_zoneidx, nodemask,
2662                                 preferred_zone, migratetype);
2663
2664         trace_mm_page_alloc(page, order, gfp_mask, migratetype);
2665
2666 out:
2667         /*
2668          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
2669          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
2670          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
2671          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
2672          */
2673         if (unlikely(!put_mems_allowed(cpuset_mems_cookie) && !page))
2674                 goto retry_cpuset;
2675
2676         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
2677
2678         return page;
2679 }
2680 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
2681
2682 /*
2683  * Common helper functions.
2684  */
2685 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2686 {
2687         struct page *page;
2688
2689         /*
2690          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
2691          * a highmem page
2692          */
2693         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
2694
2695         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
2696         if (!page)
2697                 return 0;
2698         return (unsigned long) page_address(page);
2699 }
2700 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
2701
2702 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
2703 {
2704         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
2705 }
2706 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
2707
2708 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
2709 {
2710         if (put_page_testzero(page)) {
2711                 if (order == 0)
2712                         free_hot_cold_page(page, 0);
2713                 else
2714                         __free_pages_ok(page, order);
2715         }
2716 }
2717
2718 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
2719
2720 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2721 {
2722         if (addr != 0) {
2723                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2724                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2725         }
2726 }
2727
2728 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
2729
2730 /*
2731  * __free_memcg_kmem_pages and free_memcg_kmem_pages will free
2732  * pages allocated with __GFP_KMEMCG.
2733  *
2734  * Those pages are accounted to a particular memcg, embedded in the
2735  * corresponding page_cgroup. To avoid adding a hit in the allocator to search
2736  * for that information only to find out that it is NULL for users who have no
2737  * interest in that whatsoever, we provide these functions.
2738  *
2739  * The caller knows better which flags it relies on.
2740  */
2741 void __free_memcg_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
2742 {
2743         memcg_kmem_uncharge_pages(page, order);
2744         __free_pages(page, order);
2745 }
2746
2747 void free_memcg_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2748 {
2749         if (addr != 0) {
2750                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2751                 __free_memcg_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2752         }
2753 }
2754
2755 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned order, size_t size)
2756 {
2757         if (addr) {
2758                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
2759                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
2760
2761                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
2762                 while (used < alloc_end) {
2763                         free_page(used);
2764                         used += PAGE_SIZE;
2765                 }
2766         }
2767         return (void *)addr;
2768 }
2769
2770 /**
2771  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
2772  * @size: the number of bytes to allocate
2773  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
2774  *
2775  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
2776  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
2777  * allocate memory in power-of-two pages.
2778  *
2779  * This function is also limited by MAX_ORDER.
2780  *
2781  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
2782  */
2783 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
2784 {
2785         unsigned int order = get_order(size);
2786         unsigned long addr;
2787
2788         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
2789         return make_alloc_exact(addr, order, size);
2790 }
2791 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
2792
2793 /**
2794  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
2795  *                         pages on a node.
2796  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
2797  * @size: the number of bytes to allocate
2798  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
2799  *
2800  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
2801  * back.
2802  * Note this is not alloc_pages_exact_node() which allocates on a specific node,
2803  * but is not exact.
2804  */
2805 void *alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
2806 {
2807         unsigned order = get_order(size);
2808         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
2809         if (!p)
2810                 return NULL;
2811         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
2812 }
2813 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact_nid);
2814
2815 /**
2816  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
2817  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
2818  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
2819  *
2820  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
2821  */
2822 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
2823 {
2824         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
2825         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
2826
2827         while (addr < end) {
2828                 free_page(addr);
2829                 addr += PAGE_SIZE;
2830         }
2831 }
2832 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
2833
2834 static unsigned int nr_free_zone_pages(int offset)
2835 {
2836         struct zoneref *z;
2837         struct zone *zone;
2838
2839         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
2840         unsigned int sum = 0;
2841
2842         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
2843
2844         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
2845                 unsigned long size = zone->present_pages;
2846                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
2847                 if (size > high)
2848                         sum += size - high;
2849         }
2850
2851         return sum;
2852 }
2853
2854 /*
2855  * Amount of free RAM allocatable within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL
2856  */
2857 unsigned int nr_free_buffer_pages(void)
2858 {
2859         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
2860 }
2861 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
2862
2863 /*
2864  * Amount of free RAM allocatable within all zones
2865  */
2866 unsigned int nr_free_pagecache_pages(void)
2867 {
2868         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
2869 }
2870
2871 static inline void show_node(struct zone *zone)
2872 {
2873         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2874                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
2875 }
2876
2877 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
2878 {
2879         val->totalram = totalram_pages;
2880         val->sharedram = 0;
2881         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
2882         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
2883         val->totalhigh = totalhigh_pages;
2884         val->freehigh = nr_free_highpages();
2885         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
2886 }
2887
2888 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
2889
2890 #ifdef CONFIG_NUMA
2891 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
2892 {
2893         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
2894
2895         val->totalram = pgdat->node_present_pages;
2896         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
2897 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
2898         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].present_pages;
2899         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
2900                         NR_FREE_PAGES);
2901 #else
2902         val->totalhigh = 0;
2903         val->freehigh = 0;
2904 #endif
2905         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
2906 }
2907 #endif
2908
2909 /*
2910  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
2911  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
2912  */
2913 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
2914 {
2915         bool ret = false;
2916         unsigned int cpuset_mems_cookie;
2917
2918         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
2919                 goto out;
2920
2921         do {
2922                 cpuset_mems_cookie = get_mems_allowed();
2923                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
2924         } while (!put_mems_allowed(cpuset_mems_cookie));
2925 out:
2926         return ret;
2927 }
2928
2929 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
2930
2931 static void show_migration_types(unsigned char type)
2932 {
2933         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
2934                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
2935                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
2936                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
2937                 [MIGRATE_RESERVE]       = 'R',
2938 #ifdef CONFIG_CMA
2939                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
2940 #endif
2941                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
2942         };
2943         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
2944         char *p = tmp;
2945         int i;
2946
2947         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
2948                 if (type & (1 << i))
2949                         *p++ = types[i];
2950         }
2951
2952         *p = '\0';
2953         printk("(%s) ", tmp);
2954 }
2955
2956 /*
2957  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
2958  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
2959  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
2960  * Suppresses nodes that are not allowed by current's cpuset if
2961  * SHOW_MEM_FILTER_NODES is passed.
2962  */
2963 void show_free_areas(unsigned int filter)
2964 {
2965         int cpu;
2966         struct zone *zone;
2967
2968         for_each_populated_zone(zone) {
2969                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
2970                         continue;
2971                 show_node(zone);
2972                 printk("%s per-cpu:\n", zone->name);
2973
2974                 for_each_online_cpu(cpu) {
2975                         struct per_cpu_pageset *pageset;
2976
2977                         pageset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2978
2979                         printk("CPU %4d: hi:%5d, btch:%4d usd:%4d\n",
2980                                cpu, pageset->pcp.high,
2981                                pageset->pcp.batch, pageset->pcp.count);
2982                 }
2983         }
2984
2985         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
2986                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
2987                 " unevictable:%lu"
2988                 " dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
2989                 " free:%lu slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
2990                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
2991                 " free_cma:%lu\n",
2992                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
2993                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
2994                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
2995                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
2996                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
2997                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
2998                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
2999                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3000                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3001                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3002                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3003                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3004                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3005                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3006                 global_page_state(NR_SHMEM),
3007                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3008                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3009                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3010
3011         for_each_populated_zone(zone) {
3012                 int i;
3013
3014                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3015                         continue;
3016                 show_node(zone);
3017                 printk("%s"
3018                         " free:%lukB"
3019                         " min:%lukB"
3020                         " low:%lukB"
3021                         " high:%lukB"
3022                         " active_anon:%lukB"
3023                         " inactive_anon:%lukB"
3024                         " active_file:%lukB"
3025                         " inactive_file:%lukB"
3026                         " unevictable:%lukB"
3027                         " isolated(anon):%lukB"
3028                         " isolated(file):%lukB"
3029                         " present:%lukB"
3030                         " managed:%lukB"
3031                         " mlocked:%lukB"
3032                         " dirty:%lukB"
3033                         " writeback:%lukB"
3034                         " mapped:%lukB"
3035                         " shmem:%lukB"
3036                         " slab_reclaimable:%lukB"
3037                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3038                         " kernel_stack:%lukB"
3039                         " pagetables:%lukB"
3040                         " unstable:%lukB"
3041                         " bounce:%lukB"
3042                         " free_cma:%lukB"
3043                         " writeback_tmp:%lukB"
3044                         " pages_scanned:%lu"
3045                         " all_unreclaimable? %s"
3046                         "\n",
3047                         zone->name,
3048                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3049                         K(min_wmark_pages(zone)),
3050                         K(low_wmark_pages(zone)),
3051                         K(high_wmark_pages(zone)),
3052                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3053                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3054                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3055                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3056                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3057                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3058                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3059                         K(zone->present_pages),
3060                         K(zone->managed_pages),
3061                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3062                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3063                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3064                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3065                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3066                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3067                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3068                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3069                                 THREAD_SIZE / 1024,
3070                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3071                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3072                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3073                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3074                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3075                         zone->pages_scanned,
3076                         (zone->all_unreclaimable ? "yes" : "no")
3077                         );
3078                 printk("lowmem_reserve[]:");
3079                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3080                         printk(" %lu", zone->lowmem_reserve[i]);
3081                 printk("\n");
3082         }
3083
3084         for_each_populated_zone(zone) {
3085                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, order, total = 0;
3086                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3087
3088                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3089                         continue;
3090                 show_node(zone);
3091                 printk("%s: ", zone->name);
3092
3093                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3094                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3095                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3096                         int type;
3097
3098                         nr[order] = area->nr_free;
3099                         total += nr[order] << order;
3100
3101                         types[order] = 0;
3102                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3103                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3104                                         types[order] |= 1 << type;
3105                         }
3106                 }
3107                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3108                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3109                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3110                         if (nr[order])
3111                                 show_migration_types(types[order]);
3112                 }
3113                 printk("= %lukB\n", K(total));
3114         }
3115
3116         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3117
3118         show_swap_cache_info();
3119 }
3120
3121 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3122 {
3123         zoneref->zone = zone;
3124         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3125 }
3126
3127 /*
3128  * Builds allocation fallback zone lists.
3129  *
3130  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3131  */
3132 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3133                                 int nr_zones, enum zone_type zone_type)
3134 {
3135         struct zone *zone;
3136
3137         BUG_ON(zone_type >= MAX_NR_ZONES);
3138         zone_type++;
3139
3140         do {
3141                 zone_type--;
3142                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3143                 if (populated_zone(zone)) {
3144                         zoneref_set_zone(zone,
3145                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3146                         check_highest_zone(zone_type);
3147                 }
3148
3149         } while (zone_type);
3150         return nr_zones;
3151 }
3152
3153
3154 /*
3155  *  zonelist_order:
3156  *  0 = automatic detection of better ordering.
3157  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3158  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3159  *
3160  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3161  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3162  */
3163 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3164 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3165 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3166
3167 /* zonelist order in the kernel.
3168  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3169  */
3170 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3171 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3172
3173
3174 #ifdef CONFIG_NUMA
3175 /* The value user specified ....changed by config */
3176 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3177 /* string for sysctl */
3178 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3179 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3180
3181 /*
3182  * interface for configure zonelist ordering.
3183  * command line option "numa_zonelist_order"
3184  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3185  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3186  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3187  */
3188
3189 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3190 {
3191         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3192                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3193         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3194                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3195         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3196                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3197         } else {
3198                 printk(KERN_WARNING
3199                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3200                         "%s\n", s);
3201                 return -EINVAL;
3202         }
3203         return 0;
3204 }
3205
3206 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3207 {
3208         int ret;
3209
3210         if (!s)
3211                 return 0;
3212
3213         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3214         if (ret == 0)
3215                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3216
3217         return ret;
3218 }
3219 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3220
3221 /*
3222  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3223  */
3224 int numa_zonelist_order_handler(ctl_table *table, int write,
3225                 void __user *buffer, size_t *length,
3226                 loff_t *ppos)
3227 {
3228         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3229         int ret;
3230         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3231
3232         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3233         if (write)
3234                 strcpy(saved_string, (char*)table->data);
3235         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3236         if (ret)
3237                 goto out;
3238         if (write) {
3239                 int oldval = user_zonelist_order;
3240                 if (__parse_numa_zonelist_order((char*)table->data)) {
3241                         /*
3242                          * bogus value.  restore saved string
3243                          */
3244                         strncpy((char*)table->data, saved_string,
3245                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3246                         user_zonelist_order = oldval;
3247                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
3248                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
3249                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
3250                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
3251                 }
3252         }
3253 out:
3254         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
3255         return ret;
3256 }
3257
3258
3259 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
3260 static int node_load[MAX_NUMNODES];
3261
3262 /**
3263  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
3264  * @node: node whose fallback list we're appending
3265  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
3266  *
3267  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
3268  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
3269  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
3270  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
3271  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
3272  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
3273  * on them otherwise.
3274  * It returns -1 if no node is found.
3275  */
3276 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
3277 {
3278         int n, val;
3279         int min_val = INT_MAX;
3280         int best_node = -1;
3281         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
3282
3283         /* Use the local node if we haven't already */
3284         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
3285                 node_set(node, *used_node_mask);
3286                 return node;
3287         }
3288
3289         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
3290
3291                 /* Don't want a node to appear more than once */
3292                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
3293                         continue;
3294
3295                 /* Use the distance array to find the distance */
3296                 val = node_distance(node, n);
3297
3298                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
3299                 val += (n < node);
3300
3301                 /* Give preference to headless and unused nodes */
3302                 tmp = cpumask_of_node(n);
3303                 if (!cpumask_empty(tmp))
3304                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
3305
3306                 /* Slight preference for less loaded node */
3307                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
3308                 val += node_load[n];
3309
3310                 if (val < min_val) {
3311                         min_val = val;
3312                         best_node = n;
3313                 }
3314         }
3315
3316         if (best_node >= 0)
3317                 node_set(best_node, *used_node_mask);
3318
3319         return best_node;
3320 }
3321
3322
3323 /*
3324  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
3325  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
3326  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
3327  */
3328 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
3329 {
3330         int j;
3331         struct zonelist *zonelist;
3332
3333         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3334         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
3335                 ;
3336         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j,
3337                                                         MAX_NR_ZONES - 1);
3338         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3339         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3340 }
3341
3342 /*
3343  * Build gfp_thisnode zonelists
3344  */
3345 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3346 {
3347         int j;
3348         struct zonelist *zonelist;
3349
3350         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
3351         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0, MAX_NR_ZONES - 1);
3352         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3353         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3354 }
3355
3356 /*
3357  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
3358  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
3359  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
3360  * may still exist in local DMA zone.
3361  */
3362 static int node_order[MAX_NUMNODES];
3363
3364 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
3365 {
3366         int pos, j, node;
3367         int zone_type;          /* needs to be signed */
3368         struct zone *z;
3369         struct zonelist *zonelist;
3370
3371         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3372         pos = 0;
3373         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
3374                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
3375                         node = node_order[j];
3376                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
3377                         if (populated_zone(z)) {
3378                                 zoneref_set_zone(z,
3379                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
3380                                 check_highest_zone(zone_type);
3381                         }
3382                 }
3383         }
3384         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
3385         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
3386 }
3387
3388 static int default_zonelist_order(void)
3389 {
3390         int nid, zone_type;
3391         unsigned long low_kmem_size,total_size;
3392         struct zone *z;
3393         int average_size;
3394         /*
3395          * ZONE_DMA and ZONE_DMA32 can be very small area in the system.
3396          * If they are really small and used heavily, the system can fall
3397          * into OOM very easily.
3398          * This function detect ZONE_DMA/DMA32 size and configures zone order.
3399          */
3400         /* Is there ZONE_NORMAL ? (ex. ppc has only DMA zone..) */
3401         low_kmem_size = 0;
3402         total_size = 0;
3403         for_each_online_node(nid) {
3404                 for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
3405                         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone_type];
3406                         if (populated_zone(z)) {
3407                                 if (zone_type < ZONE_NORMAL)
3408                                         low_kmem_size += z->present_pages;
3409                                 total_size += z->present_pages;
3410                         } else if (zone_type == ZONE_NORMAL) {
3411                                 /*
3412                                  * If any node has only lowmem, then node order
3413                                  * is preferred to allow kernel allocations
3414                                  * locally; otherwise, they can easily infringe
3415                                  * on other nodes when there is an abundance of
3416                                  * lowmem available to allocate from.
3417                                  */
3418                                 return ZONELIST_ORDER_NODE;
3419                         }
3420                 }
3421         }
3422         if (!low_kmem_size ||  /* there are no DMA area. */
3423             low_kmem_size > total_size/2) /* DMA/DMA32 is big. */
3424                 return ZONELIST_ORDER_NODE;