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