Merge tag 'scsi-fixes' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/jejb/scsi
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/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/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/mmu_notifier.h>
61 #include <linux/migrate.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/sched/mm.h>
65 #include <linux/page_owner.h>
66 #include <linux/kthread.h>
67 #include <linux/memcontrol.h>
68 #include <linux/ftrace.h>
69 #include <linux/lockdep.h>
70 #include <linux/nmi.h>
71 #include <linux/psi.h>
72 #include <linux/padata.h>
73 #include <linux/khugepaged.h>
74 #include <linux/buffer_head.h>
75
76 #include <asm/sections.h>
77 #include <asm/tlbflush.h>
78 #include <asm/div64.h>
79 #include "internal.h"
80 #include "shuffle.h"
81 #include "page_reporting.h"
82
83 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
84 typedef int __bitwise fpi_t;
85
86 /* No special request */
87 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
88
89 /*
90  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
91  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
92  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
93  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
94  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
95  * putting it back unmodified.
96  */
97 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
98
99 /*
100  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
101  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
102  * shuffle the whole zone).
103  *
104  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
105  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
106  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
107  *       reporting).
108  */
109 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
110
111 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
112 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
113 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
114
115 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
116 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
117 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
118 #endif
119
120 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
121
122 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
123 /*
124  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
125  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
126  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
127  * defined in <linux/topology.h>.
128  */
129 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
130 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
131 #endif
132
133 /* work_structs for global per-cpu drains */
134 struct pcpu_drain {
135         struct zone *zone;
136         struct work_struct work;
137 };
138 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
139 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
140
141 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
142 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
143 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
144 #endif
145
146 /*
147  * Array of node states.
148  */
149 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
150         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
151         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
152 #ifndef CONFIG_NUMA
153         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
154 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
155         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
156 #endif
157         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
158         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
159 #endif  /* NUMA */
160 };
161 EXPORT_SYMBOL(node_states);
162
163 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
164 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
165 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
166 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
167
168 int percpu_pagelist_fraction;
169 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
170 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
171 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
172
173 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
174 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
175
176 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
177                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
178 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
179 {
180
181         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
182 }
183 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
184
185 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
186                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
187 static int __init early_init_on_free(char *buf)
188 {
189         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
190 }
191 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
192
193 /*
194  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
195  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
196  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
197  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
198  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
199  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
200  */
201 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
202 {
203         return page->index;
204 }
205
206 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
207 {
208         page->index = migratetype;
209 }
210
211 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
212 /*
213  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
214  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
215  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
216  * they should always be called with system_transition_mutex held
217  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
218  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
219  * with that modification).
220  */
221
222 static gfp_t saved_gfp_mask;
223
224 void pm_restore_gfp_mask(void)
225 {
226         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
227         if (saved_gfp_mask) {
228                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
229                 saved_gfp_mask = 0;
230         }
231 }
232
233 void pm_restrict_gfp_mask(void)
234 {
235         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
236         WARN_ON(saved_gfp_mask);
237         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
238         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
239 }
240
241 bool pm_suspended_storage(void)
242 {
243         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
244                 return false;
245         return true;
246 }
247 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
248
249 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
250 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
251 #endif
252
253 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
254                             fpi_t fpi_flags);
255
256 /*
257  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
258  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
259  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
260  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
261  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
262  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
263  *
264  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
265  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
266  */
267 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
268 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
269         [ZONE_DMA] = 256,
270 #endif
271 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
272         [ZONE_DMA32] = 256,
273 #endif
274         [ZONE_NORMAL] = 32,
275 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
276         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
277 #endif
278         [ZONE_MOVABLE] = 0,
279 };
280
281 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
282 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
283          "DMA",
284 #endif
285 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
286          "DMA32",
287 #endif
288          "Normal",
289 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
290          "HighMem",
291 #endif
292          "Movable",
293 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
294          "Device",
295 #endif
296 };
297
298 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
299         "Unmovable",
300         "Movable",
301         "Reclaimable",
302         "HighAtomic",
303 #ifdef CONFIG_CMA
304         "CMA",
305 #endif
306 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
307         "Isolate",
308 #endif
309 };
310
311 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
312         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
313         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
314 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
315         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
316 #endif
317 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
318         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
319 #endif
320 };
321
322 int min_free_kbytes = 1024;
323 int user_min_free_kbytes = -1;
324 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
325 /*
326  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
327  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
328  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
329  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
330  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
331  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
332  * fragmentation avoidance.
333  */
334 int watermark_boost_factor __read_mostly;
335 #else
336 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
337 #endif
338 int watermark_scale_factor = 10;
339
340 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
341 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
342 static unsigned long dma_reserve __initdata;
343
344 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
345 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
346 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
347 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
348 static unsigned long required_movablecore __initdata;
349 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
350 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
351 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
352
353 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
354 int movable_zone;
355 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
356
357 #if MAX_NUMNODES > 1
358 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
359 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
360 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
361 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
362 #endif
363
364 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
365
366 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
367 /*
368  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
369  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
370  * and we can permanently disable that path.
371  */
372 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
373
374 /*
375  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
376  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
377  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
378  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
379  *
380  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
381  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
382  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
383  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
384  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
385  * initialization is done, but this is not likely to happen.
386  */
387 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
388 {
389         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
390                 kasan_free_pages(page, order);
391 }
392
393 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
394 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
395 {
396         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
397
398         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
399                 return true;
400
401         return false;
402 }
403
404 /*
405  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
406  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
407  */
408 static bool __meminit
409 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
410 {
411         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
412
413         /*
414          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
415          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
416          */
417         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
418                 prev_end_pfn = end_pfn;
419                 nr_initialised = 0;
420         }
421
422         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
423         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
424                 return false;
425
426         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
427                 return true;
428         /*
429          * We start only with one section of pages, more pages are added as
430          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
431          */
432         nr_initialised++;
433         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
434             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
435                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
436                 return true;
437         }
438         return false;
439 }
440 #else
441 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
442
443 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
444 {
445         return false;
446 }
447
448 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
449 {
450         return false;
451 }
452 #endif
453
454 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
455 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
456                                                         unsigned long pfn)
457 {
458 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
459         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
460 #else
461         return page_zone(page)->pageblock_flags;
462 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
463 }
464
465 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
466 {
467 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
468         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
469 #else
470         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
471 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
472         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
473 }
474
475 static __always_inline
476 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
477                                         unsigned long pfn,
478                                         unsigned long mask)
479 {
480         unsigned long *bitmap;
481         unsigned long bitidx, word_bitidx;
482         unsigned long word;
483
484         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
485         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
486         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
487         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
488
489         word = bitmap[word_bitidx];
490         return (word >> bitidx) & mask;
491 }
492
493 /**
494  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
495  * @page: The page within the block of interest
496  * @pfn: The target page frame number
497  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
498  *
499  * Return: pageblock_bits flags
500  */
501 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
502                                         unsigned long mask)
503 {
504         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
505 }
506
507 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
508 {
509         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
510 }
511
512 /**
513  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
514  * @page: The page within the block of interest
515  * @flags: The flags to set
516  * @pfn: The target page frame number
517  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
518  */
519 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
520                                         unsigned long pfn,
521                                         unsigned long mask)
522 {
523         unsigned long *bitmap;
524         unsigned long bitidx, word_bitidx;
525         unsigned long old_word, word;
526
527         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
528         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
529
530         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
531         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
532         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
533         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
534
535         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
536
537         mask <<= bitidx;
538         flags <<= bitidx;
539
540         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
541         for (;;) {
542                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
543                 if (word == old_word)
544                         break;
545                 word = old_word;
546         }
547 }
548
549 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
550 {
551         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
552                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
553                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
554
555         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
556                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
557 }
558
559 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
560 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
561 {
562         int ret = 0;
563         unsigned seq;
564         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
565         unsigned long sp, start_pfn;
566
567         do {
568                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
569                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
570                 sp = zone->spanned_pages;
571                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
572                         ret = 1;
573         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
574
575         if (ret)
576                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
577                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
578                         start_pfn, start_pfn + sp);
579
580         return ret;
581 }
582
583 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
584 {
585         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
586                 return 0;
587         if (zone != page_zone(page))
588                 return 0;
589
590         return 1;
591 }
592 /*
593  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
594  */
595 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
596 {
597         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
598                 return 1;
599         if (!page_is_consistent(zone, page))
600                 return 1;
601
602         return 0;
603 }
604 #else
605 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
606 {
607         return 0;
608 }
609 #endif
610
611 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
612 {
613         static unsigned long resume;
614         static unsigned long nr_shown;
615         static unsigned long nr_unshown;
616
617         /*
618          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
619          * or allow a steady drip of one report per second.
620          */
621         if (nr_shown == 60) {
622                 if (time_before(jiffies, resume)) {
623                         nr_unshown++;
624                         goto out;
625                 }
626                 if (nr_unshown) {
627                         pr_alert(
628                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
629                                 nr_unshown);
630                         nr_unshown = 0;
631                 }
632                 nr_shown = 0;
633         }
634         if (nr_shown++ == 0)
635                 resume = jiffies + 60 * HZ;
636
637         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
638                 current->comm, page_to_pfn(page));
639         __dump_page(page, reason);
640         dump_page_owner(page);
641
642         print_modules();
643         dump_stack();
644 out:
645         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
646         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
647         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
648 }
649
650 /*
651  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
652  *
653  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
654  *
655  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
656  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
657  *
658  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
659  * page destructors. See compound_page_dtors.
660  *
661  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
662  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
663  */
664
665 void free_compound_page(struct page *page)
666 {
667         mem_cgroup_uncharge(page);
668         __free_pages_ok(page, compound_order(page), FPI_NONE);
669 }
670
671 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
672 {
673         int i;
674         int nr_pages = 1 << order;
675
676         __SetPageHead(page);
677         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
678                 struct page *p = page + i;
679                 set_page_count(p, 0);
680                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
681                 set_compound_head(p, page);
682         }
683
684         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
685         set_compound_order(page, order);
686         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
687         if (hpage_pincount_available(page))
688                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
689 }
690
691 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
692 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
693
694 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
695                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
696 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
697 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
698 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
699
700 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
701
702 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
703 {
704         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
705 }
706 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
707
708 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
709 {
710         unsigned long res;
711
712         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
713                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
714                 return 0;
715         }
716         _debug_guardpage_minorder = res;
717         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
718         return 0;
719 }
720 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
721
722 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
723                                 unsigned int order, int migratetype)
724 {
725         if (!debug_guardpage_enabled())
726                 return false;
727
728         if (order >= debug_guardpage_minorder())
729                 return false;
730
731         __SetPageGuard(page);
732         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
733         set_page_private(page, order);
734         /* Guard pages are not available for any usage */
735         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
736
737         return true;
738 }
739
740 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
741                                 unsigned int order, int migratetype)
742 {
743         if (!debug_guardpage_enabled())
744                 return;
745
746         __ClearPageGuard(page);
747
748         set_page_private(page, 0);
749         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
750                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
751 }
752 #else
753 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
754                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
755 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
756                                 unsigned int order, int migratetype) {}
757 #endif
758
759 /*
760  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
761  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
762  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
763  * enabled, and then make decisions.
764  */
765 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
766 {
767         if (_init_on_alloc_enabled_early) {
768                 if (page_poisoning_enabled())
769                         pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
770                                 "will take precedence over init_on_alloc\n");
771                 else
772                         static_branch_enable(&init_on_alloc);
773         }
774         if (_init_on_free_enabled_early) {
775                 if (page_poisoning_enabled())
776                         pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
777                                 "will take precedence over init_on_free\n");
778                 else
779                         static_branch_enable(&init_on_free);
780         }
781
782 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
783         /*
784          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
785          * either of those options are enabled, enable poisoning.
786          */
787         if (page_poisoning_enabled() ||
788              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
789               debug_pagealloc_enabled()))
790                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
791 #endif
792
793 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
794         if (!debug_pagealloc_enabled())
795                 return;
796
797         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
798
799         if (!debug_guardpage_minorder())
800                 return;
801
802         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
803 #endif
804 }
805
806 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
807 {
808         set_page_private(page, order);
809         __SetPageBuddy(page);
810 }
811
812 /*
813  * This function checks whether a page is free && is the buddy
814  * we can coalesce a page and its buddy if
815  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
816  * (b) the buddy is in the buddy system &&
817  * (c) a page and its buddy have the same order &&
818  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
819  *
820  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
821  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
822  *
823  * For recording page's order, we use page_private(page).
824  */
825 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
826                                                         unsigned int order)
827 {
828         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
829                 return false;
830
831         if (buddy_order(buddy) != order)
832                 return false;
833
834         /*
835          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
836          * zone/node ids for pages that could never merge.
837          */
838         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
839                 return false;
840
841         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
842
843         return true;
844 }
845
846 #ifdef CONFIG_COMPACTION
847 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
848 {
849         struct capture_control *capc = current->capture_control;
850
851         return unlikely(capc) &&
852                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
853                 !capc->page &&
854                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
855 }
856
857 static inline bool
858 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
859                    int order, int migratetype)
860 {
861         if (!capc || order != capc->cc->order)
862                 return false;
863
864         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
865         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
866             is_migrate_isolate(migratetype))
867                 return false;
868
869         /*
870          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
871          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
872          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
873          * have trouble finding a high-order free page.
874          */
875         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
876                 return false;
877
878         capc->page = page;
879         return true;
880 }
881
882 #else
883 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
884 {
885         return NULL;
886 }
887
888 static inline bool
889 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
890                    int order, int migratetype)
891 {
892         return false;
893 }
894 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
895
896 /* Used for pages not on another list */
897 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
898                                     unsigned int order, int migratetype)
899 {
900         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
901
902         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
903         area->nr_free++;
904 }
905
906 /* Used for pages not on another list */
907 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
908                                          unsigned int order, int migratetype)
909 {
910         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
911
912         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
913         area->nr_free++;
914 }
915
916 /*
917  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
918  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
919  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
920  */
921 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
922                                      unsigned int order, int migratetype)
923 {
924         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
925
926         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
927 }
928
929 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
930                                            unsigned int order)
931 {
932         /* clear reported state and update reported page count */
933         if (page_reported(page))
934                 __ClearPageReported(page);
935
936         list_del(&page->lru);
937         __ClearPageBuddy(page);
938         set_page_private(page, 0);
939         zone->free_area[order].nr_free--;
940 }
941
942 /*
943  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
944  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
945  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
946  * that is happening, add the free page to the tail of the list
947  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
948  * as a higher order page
949  */
950 static inline bool
951 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
952                    struct page *page, unsigned int order)
953 {
954         struct page *higher_page, *higher_buddy;
955         unsigned long combined_pfn;
956
957         if (order >= MAX_ORDER - 2)
958                 return false;
959
960         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
961                 return false;
962
963         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
964         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
965         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
966         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
967
968         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
969                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
970 }
971
972 /*
973  * Freeing function for a buddy system allocator.
974  *
975  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
976  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
977  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
978  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
979  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
980  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
981  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
982  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
983  * parts of the VM system.
984  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
985  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
986  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
987  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
988  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
989  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
990  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
991  * triggers coalescing into a block of larger size.
992  *
993  * -- nyc
994  */
995
996 static inline void __free_one_page(struct page *page,
997                 unsigned long pfn,
998                 struct zone *zone, unsigned int order,
999                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1000 {
1001         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1002         unsigned long buddy_pfn;
1003         unsigned long combined_pfn;
1004         unsigned int max_order;
1005         struct page *buddy;
1006         bool to_tail;
1007
1008         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER - 1, pageblock_order);
1009
1010         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1011         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1012
1013         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1014         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1015                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1016
1017         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1018         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1019
1020 continue_merging:
1021         while (order < max_order) {
1022                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1023                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1024                                                                 migratetype);
1025                         return;
1026                 }
1027                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1028                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1029
1030                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
1031                         goto done_merging;
1032                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1033                         goto done_merging;
1034                 /*
1035                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1036                  * merge with it and move up one order.
1037                  */
1038                 if (page_is_guard(buddy))
1039                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1040                 else
1041                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1042                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1043                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1044                 pfn = combined_pfn;
1045                 order++;
1046         }
1047         if (order < MAX_ORDER - 1) {
1048                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1049                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1050                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1051                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1052                  *
1053                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1054                  * low-order merging.
1055                  */
1056                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1057                         int buddy_mt;
1058
1059                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1060                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1061                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1062
1063                         if (migratetype != buddy_mt
1064                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1065                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1066                                 goto done_merging;
1067                 }
1068                 max_order = order + 1;
1069                 goto continue_merging;
1070         }
1071
1072 done_merging:
1073         set_buddy_order(page, order);
1074
1075         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1076                 to_tail = true;
1077         else if (is_shuffle_order(order))
1078                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1079         else
1080                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1081
1082         if (to_tail)
1083                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1084         else
1085                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1086
1087         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1088         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1089                 page_reporting_notify_free(order);
1090 }
1091
1092 /*
1093  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1094  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1095  * check if necessary.
1096  */
1097 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1098                                         unsigned long check_flags)
1099 {
1100         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1101                 return false;
1102
1103         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1104                         page_ref_count(page) |
1105 #ifdef CONFIG_MEMCG
1106                         (unsigned long)page_memcg(page) |
1107 #endif
1108                         (page->flags & check_flags)))
1109                 return false;
1110
1111         return true;
1112 }
1113
1114 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1115 {
1116         const char *bad_reason = NULL;
1117
1118         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1119                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1120         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1121                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1122         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1123                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1124         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1125                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1126                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1127                 else
1128                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1129         }
1130 #ifdef CONFIG_MEMCG
1131         if (unlikely(page_memcg(page)))
1132                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1133 #endif
1134         return bad_reason;
1135 }
1136
1137 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1138 {
1139         bad_page(page,
1140                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1141 }
1142
1143 static inline int check_free_page(struct page *page)
1144 {
1145         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1146                 return 0;
1147
1148         /* Something has gone sideways, find it */
1149         check_free_page_bad(page);
1150         return 1;
1151 }
1152
1153 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1154 {
1155         int ret = 1;
1156
1157         /*
1158          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1159          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1160          */
1161         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1162
1163         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1164                 ret = 0;
1165                 goto out;
1166         }
1167         switch (page - head_page) {
1168         case 1:
1169                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1170                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1171                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1172                         goto out;
1173                 }
1174                 break;
1175         case 2:
1176                 /*
1177                  * the second tail page: ->mapping is
1178                  * deferred_list.next -- ignore value.
1179                  */
1180                 break;
1181         default:
1182                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1183                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1184                         goto out;
1185                 }
1186                 break;
1187         }
1188         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1189                 bad_page(page, "PageTail not set");
1190                 goto out;
1191         }
1192         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1193                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1194                 goto out;
1195         }
1196         ret = 0;
1197 out:
1198         page->mapping = NULL;
1199         clear_compound_head(page);
1200         return ret;
1201 }
1202
1203 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1204 {
1205         int i;
1206
1207         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1208         kasan_disable_current();
1209         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1210                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1211                 clear_highpage(page + i);
1212         }
1213         kasan_enable_current();
1214 }
1215
1216 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1217                                         unsigned int order, bool check_free)
1218 {
1219         int bad = 0;
1220
1221         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1222
1223         trace_mm_page_free(page, order);
1224
1225         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1226                 /*
1227                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1228                  * Untie memcg state and reset page's owner
1229                  */
1230                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1231                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1232                 reset_page_owner(page, order);
1233                 return false;
1234         }
1235
1236         /*
1237          * Check tail pages before head page information is cleared to
1238          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1239          */
1240         if (unlikely(order)) {
1241                 bool compound = PageCompound(page);
1242                 int i;
1243
1244                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1245
1246                 if (compound)
1247                         ClearPageDoubleMap(page);
1248                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1249                         if (compound)
1250                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1251                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1252                                 bad++;
1253                                 continue;
1254                         }
1255                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1256                 }
1257         }
1258         if (PageMappingFlags(page))
1259                 page->mapping = NULL;
1260         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1261                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1262         if (check_free)
1263                 bad += check_free_page(page);
1264         if (bad)
1265                 return false;
1266
1267         page_cpupid_reset_last(page);
1268         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1269         reset_page_owner(page, order);
1270
1271         if (!PageHighMem(page)) {
1272                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1273                                            PAGE_SIZE << order);
1274                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1275                                            PAGE_SIZE << order);
1276         }
1277         if (want_init_on_free())
1278                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1279
1280         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1281
1282         /*
1283          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1284          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1285          * happen after this.
1286          */
1287         arch_free_page(page, order);
1288
1289         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1290
1291         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1292
1293         return true;
1294 }
1295
1296 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1297 /*
1298  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1299  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1300  * moved from pcp lists to free lists.
1301  */
1302 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1303 {
1304         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1305 }
1306
1307 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1308 {
1309         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1310                 return check_free_page(page);
1311         else
1312                 return false;
1313 }
1314 #else
1315 /*
1316  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1317  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1318  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1319  * to the pcp lists.
1320  */
1321 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1322 {
1323         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1324                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1325         else
1326                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1327 }
1328
1329 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1330 {
1331         return check_free_page(page);
1332 }
1333 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1334
1335 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1336 {
1337         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1338         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1339         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1340
1341         prefetch(buddy);
1342 }
1343
1344 /*
1345  * Frees a number of pages from the PCP lists
1346  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1347  * count is the number of pages to free.
1348  *
1349  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1350  * see if this freeing clears that state.
1351  *
1352  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1353  * pinned" detection logic.
1354  */
1355 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1356                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1357 {
1358         int migratetype = 0;
1359         int batch_free = 0;
1360         int prefetch_nr = READ_ONCE(pcp->batch);
1361         bool isolated_pageblocks;
1362         struct page *page, *tmp;
1363         LIST_HEAD(head);
1364
1365         /*
1366          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1367          * below while (list_empty(list)) loop.
1368          */
1369         count = min(pcp->count, count);
1370         while (count) {
1371                 struct list_head *list;
1372
1373                 /*
1374                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1375                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1376                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1377                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1378                  * lists
1379                  */
1380                 do {
1381                         batch_free++;
1382                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1383                                 migratetype = 0;
1384                         list = &pcp->lists[migratetype];
1385                 } while (list_empty(list));
1386
1387                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1388                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1389                         batch_free = count;
1390
1391                 do {
1392                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1393                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1394                         list_del(&page->lru);
1395                         pcp->count--;
1396
1397                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1398                                 continue;
1399
1400                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1401
1402                         /*
1403                          * We are going to put the page back to the global
1404                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1405                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1406                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1407                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1408                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1409                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1410                          */
1411                         if (prefetch_nr) {
1412                                 prefetch_buddy(page);
1413                                 prefetch_nr--;
1414                         }
1415                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1416         }
1417
1418         spin_lock(&zone->lock);
1419         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1420
1421         /*
1422          * Use safe version since after __free_one_page(),
1423          * page->lru.next will not point to original list.
1424          */
1425         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1426                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1427                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1428                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1429                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1430                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1431                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1432
1433                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt, FPI_NONE);
1434                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1435         }
1436         spin_unlock(&zone->lock);
1437 }
1438
1439 static void free_one_page(struct zone *zone,
1440                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1441                                 unsigned int order,
1442                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1443 {
1444         spin_lock(&zone->lock);
1445         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1446                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1447                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1448         }
1449         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1450         spin_unlock(&zone->lock);
1451 }
1452
1453 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1454                                 unsigned long zone, int nid)
1455 {
1456         mm_zero_struct_page(page);
1457         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1458         init_page_count(page);
1459         page_mapcount_reset(page);
1460         page_cpupid_reset_last(page);
1461         page_kasan_tag_reset(page);
1462
1463         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1464 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1465         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1466         if (!is_highmem_idx(zone))
1467                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1468 #endif
1469 }
1470
1471 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1472 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1473 {
1474         pg_data_t *pgdat;
1475         int nid, zid;
1476
1477         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1478                 return;
1479
1480         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1481         pgdat = NODE_DATA(nid);
1482
1483         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1484                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1485
1486                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1487                         break;
1488         }
1489         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1490 }
1491 #else
1492 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1493 {
1494 }
1495 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1496
1497 /*
1498  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1499  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1500  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1501  * sent to the buddy page allocator.
1502  */
1503 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1504 {
1505         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1506         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1507
1508         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1509                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1510                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1511
1512                         init_reserved_page(start_pfn);
1513
1514                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1515                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1516
1517                         /*
1518                          * no need for atomic set_bit because the struct
1519                          * page is not visible yet so nobody should
1520                          * access it yet.
1521                          */
1522                         __SetPageReserved(page);
1523                 }
1524         }
1525 }
1526
1527 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1528                             fpi_t fpi_flags)
1529 {
1530         unsigned long flags;
1531         int migratetype;
1532         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1533
1534         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1535                 return;
1536
1537         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1538         local_irq_save(flags);
1539         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1540         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype,
1541                       fpi_flags);
1542         local_irq_restore(flags);
1543 }
1544
1545 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1546 {
1547         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1548         struct page *p = page;
1549         unsigned int loop;
1550
1551         /*
1552          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1553          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1554          * refcount of all involved pages to 0.
1555          */
1556         prefetchw(p);
1557         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1558                 prefetchw(p + 1);
1559                 __ClearPageReserved(p);
1560                 set_page_count(p, 0);
1561         }
1562         __ClearPageReserved(p);
1563         set_page_count(p, 0);
1564
1565         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1566
1567         /*
1568          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1569          * relevant for memory onlining.
1570          */
1571         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL);
1572 }
1573
1574 #ifdef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
1575
1576 /*
1577  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1578  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1579  * treats start/end as pfns.
1580  */
1581 struct mminit_pfnnid_cache {
1582         unsigned long last_start;
1583         unsigned long last_end;
1584         int last_nid;
1585 };
1586
1587 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1588
1589 /*
1590  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1591  */
1592 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1593                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1594 {
1595         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1596         int nid;
1597
1598         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1599                 return state->last_nid;
1600
1601         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1602         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1603                 state->last_start = start_pfn;
1604                 state->last_end = end_pfn;
1605                 state->last_nid = nid;
1606         }
1607
1608         return nid;
1609 }
1610
1611 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1612 {
1613         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1614         int nid;
1615
1616         spin_lock(&early_pfn_lock);
1617         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1618         if (nid < 0)
1619                 nid = first_online_node;
1620         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1621
1622         return nid;
1623 }
1624 #endif /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1625
1626 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1627                                                         unsigned int order)
1628 {
1629         if (early_page_uninitialised(pfn))
1630                 return;
1631         __free_pages_core(page, order);
1632 }
1633
1634 /*
1635  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1636  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1637  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1638  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1639  * pageblocks.
1640  *
1641  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1642  *
1643  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1644  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1645  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1646  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1647  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1648  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1649  * page in a pageblock.
1650  */
1651 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1652                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1653 {
1654         struct page *start_page;
1655         struct page *end_page;
1656
1657         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1658         end_pfn--;
1659
1660         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1661                 return NULL;
1662
1663         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1664         if (!start_page)
1665                 return NULL;
1666
1667         if (page_zone(start_page) != zone)
1668                 return NULL;
1669
1670         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1671
1672         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1673         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1674                 return NULL;
1675
1676         return start_page;
1677 }
1678
1679 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1680 {
1681         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1682         unsigned long block_end_pfn;
1683
1684         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1685         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1686                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1687                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1688
1689                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1690
1691                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1692                                              block_end_pfn, zone))
1693                         return;
1694                 cond_resched();
1695         }
1696
1697         /* We confirm that there is no hole */
1698         zone->contiguous = true;
1699 }
1700
1701 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1702 {
1703         zone->contiguous = false;
1704 }
1705
1706 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1707 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1708                                        unsigned long nr_pages)
1709 {
1710         struct page *page;
1711         unsigned long i;
1712
1713         if (!nr_pages)
1714                 return;
1715
1716         page = pfn_to_page(pfn);
1717
1718         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1719         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1720             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1721                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1722                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1723                 return;
1724         }
1725
1726         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1727                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1728                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1729                 __free_pages_core(page, 0);
1730         }
1731 }
1732
1733 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1734 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1735 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1736
1737 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1738 {
1739         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1740                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1741 }
1742
1743 /*
1744  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1745  *
1746  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1747  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1748  * function is optimized out.
1749  *
1750  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1751  * of the head pfn.
1752  */
1753 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1754 {
1755         if (!pfn_valid_within(pfn))
1756                 return false;
1757         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1758                 return false;
1759         return true;
1760 }
1761
1762 /*
1763  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1764  * pageblock_nr_pages sizes.
1765  */
1766 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1767                                        unsigned long end_pfn)
1768 {
1769         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1770         unsigned long nr_free = 0;
1771
1772         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1773                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1774                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1775                         nr_free = 0;
1776                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1777                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1778                         nr_free = 1;
1779                 } else {
1780                         nr_free++;
1781                 }
1782         }
1783         /* Free the last block of pages to allocator */
1784         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1785 }
1786
1787 /*
1788  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1789  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1790  * Return number of pages initialized.
1791  */
1792 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1793                                                  unsigned long pfn,
1794                                                  unsigned long end_pfn)
1795 {
1796         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1797         int nid = zone_to_nid(zone);
1798         unsigned long nr_pages = 0;
1799         int zid = zone_idx(zone);
1800         struct page *page = NULL;
1801
1802         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1803                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1804                         page = NULL;
1805                         continue;
1806                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1807                         page = pfn_to_page(pfn);
1808                 } else {
1809                         page++;
1810                 }
1811                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1812                 nr_pages++;
1813         }
1814         return (nr_pages);
1815 }
1816
1817 /*
1818  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1819  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1820  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1821  * return false indicating there are no valid ranges left.
1822  */
1823 static bool __init
1824 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1825                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1826                                     unsigned long first_init_pfn)
1827 {
1828         u64 j;
1829
1830         /*
1831          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1832          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1833          * so we just need to flush them out of the system.
1834          */
1835         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1836                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1837                         continue;
1838                 if (*spfn < first_init_pfn)
1839                         *spfn = first_init_pfn;
1840                 *i = j;
1841                 return true;
1842         }
1843
1844         return false;
1845 }
1846
1847 /*
1848  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1849  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1850  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1851  * page in __free_one_page()).
1852  *
1853  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1854  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1855  * any issues with the buddy page computation.
1856  */
1857 static unsigned long __init
1858 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1859                        unsigned long *end_pfn)
1860 {
1861         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1862         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1863         unsigned long nr_pages = 0;
1864         u64 j = *i;
1865
1866         /* First we loop through and initialize the page values */
1867         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1868                 unsigned long t;
1869
1870                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1871                         break;
1872
1873                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1874                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1875
1876                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1877                         *start_pfn = mo_pfn;
1878                         break;
1879                 }
1880         }
1881
1882         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1883         swap(j, *i);
1884
1885         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1886                 unsigned long t;
1887
1888                 if (mo_pfn <= spfn)
1889                         break;
1890
1891                 t = min(mo_pfn, epfn);
1892                 deferred_free_pages(spfn, t);
1893
1894                 if (mo_pfn <= epfn)
1895                         break;
1896         }
1897
1898         return nr_pages;
1899 }
1900
1901 static void __init
1902 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1903                            void *arg)
1904 {
1905         unsigned long spfn, epfn;
1906         struct zone *zone = arg;
1907         u64 i;
1908
1909         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
1910
1911         /*
1912          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
1913          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
1914          */
1915         while (spfn < end_pfn) {
1916                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1917                 cond_resched();
1918         }
1919 }
1920
1921 /* An arch may override for more concurrency. */
1922 __weak int __init
1923 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
1924 {
1925         return 1;
1926 }
1927
1928 /* Initialise remaining memory on a node */
1929 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1930 {
1931         pg_data_t *pgdat = data;
1932         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1933         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
1934         unsigned long first_init_pfn, flags;
1935         unsigned long start = jiffies;
1936         struct zone *zone;
1937         int zid, max_threads;
1938         u64 i;
1939
1940         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1941         if (!cpumask_empty(cpumask))
1942                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1943
1944         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1945         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1946         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1947                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1948                 pgdat_init_report_one_done();
1949                 return 0;
1950         }
1951
1952         /* Sanity check boundaries */
1953         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1954         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1955         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1956
1957         /*
1958          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
1959          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
1960          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
1961          */
1962         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1963
1964         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1965         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1966                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1967                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1968                         break;
1969         }
1970
1971         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1972         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1973                                                  first_init_pfn))
1974                 goto zone_empty;
1975
1976         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
1977
1978         while (spfn < epfn) {
1979                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
1980                 struct padata_mt_job job = {
1981                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
1982                         .fn_arg      = zone,
1983                         .start       = spfn,
1984                         .size        = epfn_align - spfn,
1985                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
1986                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
1987                         .max_threads = max_threads,
1988                 };
1989
1990                 padata_do_multithreaded(&job);
1991                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1992                                                     epfn_align);
1993         }
1994 zone_empty:
1995         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1996         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1997
1998         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
1999                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2000
2001         pgdat_init_report_one_done();
2002         return 0;
2003 }
2004
2005 /*
2006  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2007  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2008  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2009  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2010  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2011  *
2012  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2013  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2014  * enough pages to satisfy the allocation.
2015  *
2016  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2017  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2018  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2019  */
2020 static noinline bool __init
2021 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2022 {
2023         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2024         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2025         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2026         unsigned long spfn, epfn, flags;
2027         unsigned long nr_pages = 0;
2028         u64 i;
2029
2030         /* Only the last zone may have deferred pages */
2031         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2032                 return false;
2033
2034         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2035
2036         /*
2037          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2038          * true, as there might be enough pages already.
2039          */
2040         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2041                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2042                 return true;
2043         }
2044
2045         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2046         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2047                                                  first_deferred_pfn)) {
2048                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2049                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2050                 /* Retry only once. */
2051                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2052         }
2053
2054         /*
2055          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2056          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2057          * allocator.
2058          */
2059         while (spfn < epfn) {
2060                 /* update our first deferred PFN for this section */
2061                 first_deferred_pfn = spfn;
2062
2063                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2064                 touch_nmi_watchdog();
2065
2066                 /* We should only stop along section boundaries */
2067                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2068                         continue;
2069
2070                 /* If our quota has been met we can stop here */
2071                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2072                         break;
2073         }
2074
2075         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2076         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2077
2078         return nr_pages > 0;
2079 }
2080
2081 /*
2082  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2083  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2084  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2085  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2086  */
2087 static bool __ref
2088 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2089 {
2090         return deferred_grow_zone(zone, order);
2091 }
2092
2093 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2094
2095 void __init page_alloc_init_late(void)
2096 {
2097         struct zone *zone;
2098         int nid;
2099
2100 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2101
2102         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2103         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2104         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2105                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2106         }
2107
2108         /* Block until all are initialised */
2109         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2110
2111         /*
2112          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
2113          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
2114          * will be artificially small.
2115          */
2116         for_each_populated_zone(zone)
2117                 zone_pcp_update(zone);
2118
2119         /*
2120          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2121          * on-demand struct page initialization.
2122          */
2123         static_branch_disable(&deferred_pages);
2124
2125         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2126         files_maxfiles_init();
2127 #endif
2128
2129         buffer_init();
2130
2131         /* Discard memblock private memory */
2132         memblock_discard();
2133
2134         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2135                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2136
2137         for_each_populated_zone(zone)
2138                 set_zone_contiguous(zone);
2139 }
2140
2141 #ifdef CONFIG_CMA
2142 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2143 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2144 {
2145         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2146         struct page *p = page;
2147
2148         do {
2149                 __ClearPageReserved(p);
2150                 set_page_count(p, 0);
2151         } while (++p, --i);
2152
2153         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2154
2155         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2156                 i = pageblock_nr_pages;
2157                 p = page;
2158                 do {
2159                         set_page_refcounted(p);
2160                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2161                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2162                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2163         } else {
2164                 set_page_refcounted(page);
2165                 __free_pages(page, pageblock_order);
2166         }
2167
2168         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2169 }
2170 #endif
2171
2172 /*
2173  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2174  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2175  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2176  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2177  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2178  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2179  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2180  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2181  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2182  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2183  *
2184  * -- nyc
2185  */
2186 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2187         int low, int high, int migratetype)
2188 {
2189         unsigned long size = 1 << high;
2190
2191         while (high > low) {
2192                 high--;
2193                 size >>= 1;
2194                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2195
2196                 /*
2197                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2198                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2199                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2200                  * pages will stay not present in virtual address space
2201                  */
2202                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2203                         continue;
2204
2205                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2206                 set_buddy_order(&page[size], high);
2207         }
2208 }
2209
2210 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2211 {
2212         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2213                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2214                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2215                 return;
2216         }
2217
2218         bad_page(page,
2219                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2220 }
2221
2222 /*
2223  * This page is about to be returned from the page allocator
2224  */
2225 static inline int check_new_page(struct page *page)
2226 {
2227         if (likely(page_expected_state(page,
2228                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2229                 return 0;
2230
2231         check_new_page_bad(page);
2232         return 1;
2233 }
2234
2235 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2236 /*
2237  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2238  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2239  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2240  */
2241 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2242 {
2243         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2244                 return check_new_page(page);
2245         else
2246                 return false;
2247 }
2248
2249 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2250 {
2251         return check_new_page(page);
2252 }
2253 #else
2254 /*
2255  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2256  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2257  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2258  */
2259 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2260 {
2261         return check_new_page(page);
2262 }
2263 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2264 {
2265         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2266                 return check_new_page(page);
2267         else
2268                 return false;
2269 }
2270 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2271
2272 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2273 {
2274         int i;
2275         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2276                 struct page *p = page + i;
2277
2278                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2279                         return true;
2280         }
2281
2282         return false;
2283 }
2284
2285 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2286                                 gfp_t gfp_flags)
2287 {
2288         set_page_private(page, 0);
2289         set_page_refcounted(page);
2290
2291         arch_alloc_page(page, order);
2292         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2293         kasan_alloc_pages(page, order);
2294         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2295         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2296
2297         if (!want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2298                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2299 }
2300
2301 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2302                                                         unsigned int alloc_flags)
2303 {
2304         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2305
2306         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2307                 prep_compound_page(page, order);
2308
2309         /*
2310          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2311          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2312          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2313          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2314          */
2315         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2316                 set_page_pfmemalloc(page);
2317         else
2318                 clear_page_pfmemalloc(page);
2319 }
2320
2321 /*
2322  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2323  * the smallest available page from the freelists
2324  */
2325 static __always_inline
2326 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2327                                                 int migratetype)
2328 {
2329         unsigned int current_order;
2330         struct free_area *area;
2331         struct page *page;
2332
2333         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2334         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2335                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2336                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2337                 if (!page)
2338                         continue;
2339                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2340                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2341                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2342                 return page;
2343         }
2344
2345         return NULL;
2346 }
2347
2348
2349 /*
2350  * This array describes the order lists are fallen back to when
2351  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2352  */
2353 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2354         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2355         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2356         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2357 #ifdef CONFIG_CMA
2358         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2359 #endif
2360 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2361         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2362 #endif
2363 };
2364
2365 #ifdef CONFIG_CMA
2366 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2367                                         unsigned int order)
2368 {
2369         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2370 }
2371 #else
2372 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2373                                         unsigned int order) { return NULL; }
2374 #endif
2375
2376 /*
2377  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2378  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2379  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2380  */
2381 static int move_freepages(struct zone *zone,
2382                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2383                           int migratetype, int *num_movable)
2384 {
2385         struct page *page;
2386         unsigned int order;
2387         int pages_moved = 0;
2388
2389         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2390                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2391                         page++;
2392                         continue;
2393                 }
2394
2395                 if (!PageBuddy(page)) {
2396                         /*
2397                          * We assume that pages that could be isolated for
2398                          * migration are movable. But we don't actually try
2399                          * isolating, as that would be expensive.
2400                          */
2401                         if (num_movable &&
2402                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2403                                 (*num_movable)++;
2404
2405                         page++;
2406                         continue;
2407                 }
2408
2409                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2410                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2411                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2412
2413                 order = buddy_order(page);
2414                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2415                 page += 1 << order;
2416                 pages_moved += 1 << order;
2417         }
2418
2419         return pages_moved;
2420 }
2421
2422 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2423                                 int migratetype, int *num_movable)
2424 {
2425         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2426         struct page *start_page, *end_page;
2427
2428         if (num_movable)
2429                 *num_movable = 0;
2430
2431         start_pfn = page_to_pfn(page);
2432         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2433         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2434         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2435         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2436
2437         /* Do not cross zone boundaries */
2438         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2439                 start_page = page;
2440         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2441                 return 0;
2442
2443         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2444                                                                 num_movable);
2445 }
2446
2447 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2448                                         int start_order, int migratetype)
2449 {
2450         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2451
2452         while (nr_pageblocks--) {
2453                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2454                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2455         }
2456 }
2457
2458 /*
2459  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2460  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2461  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2462  *
2463  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2464  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2465  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2466  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2467  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2468  * pageblocks.
2469  */
2470 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2471 {
2472         /*
2473          * Leaving this order check is intended, although there is
2474          * relaxed order check in next check. The reason is that
2475          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2476          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2477          * so could be changed anytime.
2478          */
2479         if (order >= pageblock_order)
2480                 return true;
2481
2482         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2483                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2484                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2485                 page_group_by_mobility_disabled)
2486                 return true;
2487
2488         return false;
2489 }
2490
2491 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2492 {
2493         unsigned long max_boost;
2494
2495         if (!watermark_boost_factor)
2496                 return false;
2497         /*
2498          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2499          * On small machines, including kdump capture kernels running
2500          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2501          * memory situation immediately.
2502          */
2503         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2504                 return false;
2505
2506         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2507                         watermark_boost_factor, 10000);
2508
2509         /*
2510          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2511          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2512          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2513          * allocations that early means that reclaim is not going
2514          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2515          * boosted watermark resulting in a hang.
2516          */
2517         if (!max_boost)
2518                 return false;
2519
2520         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2521
2522         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2523                 max_boost);
2524
2525         return true;
2526 }
2527
2528 /*
2529  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2530  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2531  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2532  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2533  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2534  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2535  */
2536 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2537                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2538 {
2539         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2540         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2541         int old_block_type;
2542
2543         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2544
2545         /*
2546          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2547          * highatomic accounting.
2548          */
2549         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2550                 goto single_page;
2551
2552         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2553         if (current_order >= pageblock_order) {
2554                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2555                 goto single_page;
2556         }
2557
2558         /*
2559          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2560          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2561          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2562          */
2563         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2564                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2565
2566         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2567         if (!whole_block)
2568                 goto single_page;
2569
2570         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2571                                                 &movable_pages);
2572         /*
2573          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2574          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2575          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2576          */
2577         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2578                 alike_pages = movable_pages;
2579         } else {
2580                 /*
2581                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2582                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2583                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2584                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2585                  * exact migratetype of non-movable pages.
2586                  */
2587                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2588                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2589                                                 - (free_pages + movable_pages);
2590                 else
2591                         alike_pages = 0;
2592         }
2593
2594         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2595         if (!free_pages)
2596                 goto single_page;
2597
2598         /*
2599          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2600          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2601          */
2602         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2603                         page_group_by_mobility_disabled)
2604                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2605
2606         return;
2607
2608 single_page:
2609         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2610 }
2611
2612 /*
2613  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2614  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2615  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2616  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2617  */
2618 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2619                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2620 {
2621         int i;
2622         int fallback_mt;
2623
2624         if (area->nr_free == 0)
2625                 return -1;
2626
2627         *can_steal = false;
2628         for (i = 0;; i++) {
2629                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2630                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2631                         break;
2632
2633                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2634                         continue;
2635
2636                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2637                         *can_steal = true;
2638
2639                 if (!only_stealable)
2640                         return fallback_mt;
2641
2642                 if (*can_steal)
2643                         return fallback_mt;
2644         }
2645
2646         return -1;
2647 }
2648
2649 /*
2650  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2651  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2652  */
2653 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2654                                 unsigned int alloc_order)
2655 {
2656         int mt;
2657         unsigned long max_managed, flags;
2658
2659         /*
2660          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2661          * Check is race-prone but harmless.
2662          */
2663         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2664         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2665                 return;
2666
2667         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2668
2669         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2670         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2671                 goto out_unlock;
2672
2673         /* Yoink! */
2674         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2675         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2676             && !is_migrate_cma(mt)) {
2677                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2678                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2679                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2680         }
2681
2682 out_unlock:
2683         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2684 }
2685
2686 /*
2687  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2688  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2689  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2690  * to recover from than an OOM.
2691  *
2692  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2693  * pageblock is exhausted.
2694  */
2695 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2696                                                 bool force)
2697 {
2698         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2699         unsigned long flags;
2700         struct zoneref *z;
2701         struct zone *zone;
2702         struct page *page;
2703         int order;
2704         bool ret;
2705
2706         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2707                                                                 ac->nodemask) {
2708                 /*
2709                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2710                  * is really high.
2711                  */
2712                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2713                                         pageblock_nr_pages)
2714                         continue;
2715
2716                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2717                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2718                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2719
2720                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2721                         if (!page)
2722                                 continue;
2723
2724                         /*
2725                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2726                          * we can counter several free pages in a pageblock
2727                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2728                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2729                          * adjust the count once.
2730                          */
2731                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2732                                 /*
2733                                  * It should never happen but changes to
2734                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2735                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2736                                  * while unreserving so be safe and watch for
2737                                  * underflows.
2738                                  */
2739                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2740                                                 pageblock_nr_pages,
2741                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2742                         }
2743
2744                         /*
2745                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2746                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2747                          * is doing the work and needs the pages. More
2748                          * importantly, if the block was always converted to
2749                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2750                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2751                          * may increase.
2752                          */
2753                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2754                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2755                                                                         NULL);
2756                         if (ret) {
2757                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2758                                 return ret;
2759                         }
2760                 }
2761                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2762         }
2763
2764         return false;
2765 }
2766
2767 /*
2768  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2769  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2770  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2771  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2772  *
2773  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2774  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2775  * condition simpler.
2776  */
2777 static __always_inline bool
2778 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2779                                                 unsigned int alloc_flags)
2780 {
2781         struct free_area *area;
2782         int current_order;
2783         int min_order = order;
2784         struct page *page;
2785         int fallback_mt;
2786         bool can_steal;
2787
2788         /*
2789          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2790          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2791          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2792          */
2793         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2794                 min_order = pageblock_order;
2795
2796         /*
2797          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2798          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2799          * would be too costly to do exactly.
2800          */
2801         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2802                                 --current_order) {
2803                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2804                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2805                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2806                 if (fallback_mt == -1)
2807                         continue;
2808
2809                 /*
2810                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2811                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2812                  * steal and split the smallest available page instead of the
2813                  * largest available page, because even if the next movable
2814                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2815                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2816                  */
2817                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2818                                         && current_order > order)
2819                         goto find_smallest;
2820
2821                 goto do_steal;
2822         }
2823
2824         return false;
2825
2826 find_smallest:
2827         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2828                                                         current_order++) {
2829                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2830                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2831                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2832                 if (fallback_mt != -1)
2833                         break;
2834         }
2835
2836         /*
2837          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2838          * when looking for the largest page.
2839          */
2840         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2841
2842 do_steal:
2843         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2844
2845         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2846                                                                 can_steal);
2847
2848         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2849                 start_migratetype, fallback_mt);
2850
2851         return true;
2852
2853 }
2854
2855 /*
2856  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2857  * Call me with the zone->lock already held.
2858  */
2859 static __always_inline struct page *
2860 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2861                                                 unsigned int alloc_flags)
2862 {
2863         struct page *page;
2864
2865         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2866                 /*
2867                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2868                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2869                  * is in the CMA area.
2870                  */
2871                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2872                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2873                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2874                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2875                         if (page)
2876                                 goto out;
2877                 }
2878         }
2879 retry:
2880         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2881         if (unlikely(!page)) {
2882                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2883                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2884
2885                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2886                                                                 alloc_flags))
2887                         goto retry;
2888         }
2889 out:
2890         if (page)
2891                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2892         return page;
2893 }
2894
2895 /*
2896  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2897  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2898  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2899  */
2900 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2901                         unsigned long count, struct list_head *list,
2902                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2903 {
2904         int i, alloced = 0;
2905
2906         spin_lock(&zone->lock);
2907         for (i = 0; i < count; ++i) {
2908                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2909                                                                 alloc_flags);
2910                 if (unlikely(page == NULL))
2911                         break;
2912
2913                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2914                         continue;
2915
2916                 /*
2917                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2918                  * physical page order. The page is added to the tail of
2919                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2920                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2921                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2922                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2923                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2924                  * pages are ordered properly.
2925                  */
2926                 list_add_tail(&page->lru, list);
2927                 alloced++;
2928                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2929                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2930                                               -(1 << order));
2931         }
2932
2933         /*
2934          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2935          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2936          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2937          * pages added to the pcp list.
2938          */
2939         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2940         spin_unlock(&zone->lock);
2941         return alloced;
2942 }
2943
2944 #ifdef CONFIG_NUMA
2945 /*
2946  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2947  * currently executing processor on remote nodes after they have
2948  * expired.
2949  *
2950  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2951  * a single processor.
2952  */
2953 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2954 {
2955         unsigned long flags;
2956         int to_drain, batch;
2957
2958         local_irq_save(flags);
2959         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2960         to_drain = min(pcp->count, batch);
2961         if (to_drain > 0)
2962                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2963         local_irq_restore(flags);
2964 }
2965 #endif
2966
2967 /*
2968  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2969  *
2970  * The processor must either be the current processor and the
2971  * thread pinned to the current processor or a processor that
2972  * is not online.
2973  */
2974 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2975 {
2976         unsigned long flags;
2977         struct per_cpu_pageset *pset;
2978         struct per_cpu_pages *pcp;
2979
2980         local_irq_save(flags);
2981         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2982
2983         pcp = &pset->pcp;
2984         if (pcp->count)
2985                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2986         local_irq_restore(flags);
2987 }
2988
2989 /*
2990  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2991  *
2992  * The processor must either be the current processor and the
2993  * thread pinned to the current processor or a processor that
2994  * is not online.
2995  */
2996 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2997 {
2998         struct zone *zone;
2999
3000         for_each_populated_zone(zone) {
3001                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3002         }
3003 }
3004
3005 /*
3006  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3007  *
3008  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3009  * the single zone's pages.
3010  */
3011 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3012 {
3013         int cpu = smp_processor_id();
3014
3015         if (zone)
3016                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3017         else
3018                 drain_pages(cpu);
3019 }
3020
3021 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3022 {
3023         struct pcpu_drain *drain;
3024
3025         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3026
3027         /*
3028          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3029          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3030          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3031          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
3032          * a different one.
3033          */
3034         preempt_disable();
3035         drain_local_pages(drain->zone);
3036         preempt_enable();
3037 }
3038
3039 /*
3040  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3041  * drain on all cpus.
3042  *
3043  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3044  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3045  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3046  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3047  * optimizing racy check.
3048  */
3049 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3050 {
3051         int cpu;
3052
3053         /*
3054          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
3055          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3056          */
3057         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3058
3059         /*
3060          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3061          * initialized.
3062          */
3063         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3064                 return;
3065
3066         /*
3067          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3068          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3069          * the drain to be complete when the call returns.
3070          */
3071         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3072                 if (!zone)
3073                         return;
3074                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3075         }
3076
3077         /*
3078          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3079          * as offline notification will cause the notified
3080          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3081          * disables preemption as part of its processing
3082          */
3083         for_each_online_cpu(cpu) {
3084                 struct per_cpu_pageset *pcp;
3085                 struct zone *z;
3086                 bool has_pcps = false;
3087
3088                 if (force_all_cpus) {
3089                         /*
3090                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3091                          * guarantee that no cpu is missed.
3092                          */
3093                         has_pcps = true;
3094                 } else if (zone) {
3095                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3096                         if (pcp->pcp.count)
3097                                 has_pcps = true;
3098                 } else {
3099                         for_each_populated_zone(z) {
3100                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
3101                                 if (pcp->pcp.count) {
3102                                         has_pcps = true;
3103                                         break;
3104                                 }
3105                         }
3106                 }
3107
3108                 if (has_pcps)
3109                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3110                 else
3111                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3112         }
3113
3114         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3115                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3116
3117                 drain->zone = zone;
3118                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3119                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3120         }
3121         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3122                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3123
3124         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3125 }
3126
3127 /*
3128  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3129  *
3130  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3131  *
3132  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3133  */
3134 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3135 {
3136         __drain_all_pages(zone, false);
3137 }
3138
3139 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3140
3141 /*
3142  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3143  */
3144 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3145
3146 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3147 {
3148         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3149         unsigned long flags;
3150         unsigned int order, t;
3151         struct page *page;
3152
3153         if (zone_is_empty(zone))
3154                 return;
3155
3156         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3157
3158         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3159         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3160                 if (pfn_valid(pfn)) {
3161                         page = pfn_to_page(pfn);
3162
3163                         if (!--page_count) {
3164                                 touch_nmi_watchdog();
3165                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3166                         }
3167
3168                         if (page_zone(page) != zone)
3169                                 continue;
3170
3171                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3172                                 swsusp_unset_page_free(page);
3173                 }
3174
3175         for_each_migratetype_order(order, t) {
3176                 list_for_each_entry(page,
3177                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3178                         unsigned long i;
3179
3180                         pfn = page_to_pfn(page);
3181                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3182                                 if (!--page_count) {
3183                                         touch_nmi_watchdog();
3184                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3185                                 }
3186                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3187                         }
3188                 }
3189         }
3190         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3191 }
3192 #endif /* CONFIG_PM */
3193
3194 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3195 {
3196         int migratetype;
3197
3198         if (!free_pcp_prepare(page))
3199                 return false;
3200
3201         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3202         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3203         return true;
3204 }
3205
3206 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3207 {
3208         struct zone *zone = page_zone(page);
3209         struct per_cpu_pages *pcp;
3210         int migratetype;
3211
3212         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3213         __count_vm_event(PGFREE);
3214
3215         /*
3216          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3217          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3218          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3219          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3220          * excessively into the page allocator
3221          */
3222         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3223                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3224                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype,
3225                                       FPI_NONE);
3226                         return;
3227                 }
3228                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3229         }
3230
3231         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3232         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3233         pcp->count++;
3234         if (pcp->count >= READ_ONCE(pcp->high))
3235                 free_pcppages_bulk(zone, READ_ONCE(pcp->batch), pcp);
3236 }
3237
3238 /*
3239  * Free a 0-order page
3240  */
3241 void free_unref_page(struct page *page)
3242 {
3243         unsigned long flags;
3244         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3245
3246         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3247                 return;
3248
3249         local_irq_save(flags);
3250         free_unref_page_commit(page, pfn);
3251         local_irq_restore(flags);
3252 }
3253
3254 /*
3255  * Free a list of 0-order pages
3256  */
3257 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3258 {
3259         struct page *page, *next;
3260         unsigned long flags, pfn;
3261         int batch_count = 0;
3262
3263         /* Prepare pages for freeing */
3264         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3265                 pfn = page_to_pfn(page);
3266                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3267                         list_del(&page->lru);
3268                 set_page_private(page, pfn);
3269         }
3270
3271         local_irq_save(flags);
3272         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3273                 unsigned long pfn = page_private(page);
3274
3275                 set_page_private(page, 0);
3276                 trace_mm_page_free_batched(page);
3277                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3278
3279                 /*
3280                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3281                  * a large list of pages to free.
3282                  */
3283                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3284                         local_irq_restore(flags);
3285                         batch_count = 0;
3286                         local_irq_save(flags);
3287                 }
3288         }
3289         local_irq_restore(flags);
3290 }
3291
3292 /*
3293  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3294  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3295  * Each sub-page must be freed individually.
3296  *
3297  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3298  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3299  */
3300 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3301 {
3302         int i;
3303
3304         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3305         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3306
3307         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3308                 set_page_refcounted(page + i);
3309         split_page_owner(page, 1 << order);
3310 }
3311 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3312
3313 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3314 {
3315         unsigned long watermark;
3316         struct zone *zone;
3317         int mt;
3318
3319         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3320
3321         zone = page_zone(page);
3322         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3323
3324         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3325                 /*
3326                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3327                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3328                  * watermark, because we already know our high-order page
3329                  * exists.
3330                  */
3331                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3332                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3333                         return 0;
3334
3335                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3336         }
3337
3338         /* Remove page from free list */
3339
3340         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3341
3342         /*
3343          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3344          * pageblock
3345          */
3346         if (order >= pageblock_order - 1) {
3347                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3348                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3349                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3350                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3351                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3352                                 set_pageblock_migratetype(page,
3353                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3354                 }
3355         }
3356
3357
3358         return 1UL << order;
3359 }
3360
3361 /**
3362  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3363  * @page: Page that was isolated
3364  * @order: Order of the isolated page
3365  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3366  *
3367  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3368  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3369  */
3370 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3371 {
3372         struct zone *zone = page_zone(page);
3373
3374         /* zone lock should be held when this function is called */
3375         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3376
3377         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3378         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3379                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3380 }
3381
3382 /*
3383  * Update NUMA hit/miss statistics
3384  *
3385  * Must be called with interrupts disabled.
3386  */
3387 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3388 {
3389 #ifdef CONFIG_NUMA
3390         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3391
3392         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3393         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3394                 return;
3395
3396         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3397                 local_stat = NUMA_OTHER;
3398
3399         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3400                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3401         else {
3402                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3403                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3404         }
3405         __inc_numa_state(z, local_stat);
3406 #endif
3407 }
3408
3409 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3410 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3411                         unsigned int alloc_flags,
3412                         struct per_cpu_pages *pcp,
3413                         struct list_head *list)
3414 {
3415         struct page *page;
3416
3417         do {
3418                 if (list_empty(list)) {
3419                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3420                                         READ_ONCE(pcp->batch), list,
3421                                         migratetype, alloc_flags);
3422                         if (unlikely(list_empty(list)))
3423                                 return NULL;
3424                 }
3425
3426                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3427                 list_del(&page->lru);
3428                 pcp->count--;
3429         } while (check_new_pcp(page));
3430
3431         return page;
3432 }
3433
3434 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3435 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3436                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3437                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3438 {
3439         struct per_cpu_pages *pcp;
3440         struct list_head *list;
3441         struct page *page;
3442         unsigned long flags;
3443
3444         local_irq_save(flags);
3445         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3446         list = &pcp->lists[migratetype];
3447         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3448         if (page) {
3449                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3450                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3451         }
3452         local_irq_restore(flags);
3453         return page;
3454 }
3455
3456 /*
3457  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3458  */
3459 static inline
3460 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3461                         struct zone *zone, unsigned int order,
3462                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3463                         int migratetype)
3464 {
3465         unsigned long flags;
3466         struct page *page;
3467
3468         if (likely(order == 0)) {
3469                 /*
3470                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3471                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3472                  */
3473                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3474                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3475                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3476                                         migratetype, alloc_flags);
3477                         goto out;
3478                 }
3479         }
3480
3481         /*
3482          * We most definitely don't want callers attempting to
3483          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3484          */
3485         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3486         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3487
3488         do {
3489                 page = NULL;
3490                 /*
3491                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3492                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3493                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3494                  * request should skip it.
3495                  */
3496                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3497                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3498                         if (page)
3499                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3500                 }
3501                 if (!page)
3502                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3503         } while (page && check_new_pages(page, order));
3504         spin_unlock(&zone->lock);
3505         if (!page)
3506                 goto failed;
3507         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3508                                   get_pcppage_migratetype(page));
3509
3510         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3511         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3512         local_irq_restore(flags);
3513
3514 out:
3515         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3516         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3517                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3518                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3519         }
3520
3521         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3522         return page;
3523
3524 failed:
3525         local_irq_restore(flags);
3526         return NULL;
3527 }
3528
3529 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3530
3531 static struct {
3532         struct fault_attr attr;
3533
3534         bool ignore_gfp_highmem;
3535         bool ignore_gfp_reclaim;
3536         u32 min_order;
3537 } fail_page_alloc = {
3538         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3539         .ignore_gfp_reclaim = true,
3540         .ignore_gfp_highmem = true,
3541         .min_order = 1,
3542 };
3543
3544 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3545 {
3546         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3547 }
3548 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3549
3550 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3551 {
3552         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3553                 return false;
3554         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3555                 return false;
3556         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3557                 return false;
3558         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3559                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3560                 return false;
3561
3562         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3563 }
3564
3565 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3566
3567 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3568 {
3569         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3570         struct dentry *dir;
3571
3572         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3573                                         &fail_page_alloc.attr);
3574
3575         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3576                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3577         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3578                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3579         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3580
3581         return 0;
3582 }
3583
3584 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3585
3586 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3587
3588 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3589
3590 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3591 {
3592         return false;
3593 }
3594
3595 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3596
3597 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3598 {
3599         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3600 }
3601 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3602
3603 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3604                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3605 {
3606         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3607         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3608
3609         /*
3610          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3611          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3612          * atomic reserve but it avoids a search.
3613          */
3614         if (likely(!alloc_harder))
3615                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3616
3617 #ifdef CONFIG_CMA
3618         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3619         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3620                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3621 #endif
3622
3623         return unusable_free;
3624 }
3625
3626 /*
3627  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3628  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3629  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3630  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3631  */
3632 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3633                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3634                          long free_pages)
3635 {
3636         long min = mark;
3637         int o;
3638         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3639
3640         /* free_pages may go negative - that's OK */
3641         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3642
3643         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3644                 min -= min / 2;
3645
3646         if (unlikely(alloc_harder)) {
3647                 /*
3648                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3649                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3650                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3651                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3652                  */
3653                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3654                         min -= min / 2;
3655                 else
3656                         min -= min / 4;
3657         }
3658
3659         /*
3660          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3661          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3662          * even if a suitable page happened to be free.
3663          */
3664         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3665                 return false;
3666
3667         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3668         if (!order)
3669                 return true;
3670
3671         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3672         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3673                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3674                 int mt;
3675
3676                 if (!area->nr_free)
3677                         continue;
3678
3679                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3680                         if (!free_area_empty(area, mt))
3681                                 return true;
3682                 }
3683
3684 #ifdef CONFIG_CMA
3685                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3686                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3687                         return true;
3688                 }
3689 #endif
3690                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3691                         return true;
3692         }
3693         return false;
3694 }
3695
3696 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3697                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3698 {
3699         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3700                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3701 }
3702
3703 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3704                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3705                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3706 {
3707         long free_pages;
3708
3709         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3710
3711         /*
3712          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3713          * need to be calculated.
3714          */
3715         if (!order) {
3716                 long fast_free;
3717
3718                 fast_free = free_pages;
3719                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3720                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3721                         return true;
3722         }
3723
3724         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3725                                         free_pages))
3726                 return true;
3727         /*
3728          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3729          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3730          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3731          * when below the low watermark.
3732          */
3733         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3734                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3735                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3736                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3737                                         alloc_flags, free_pages);
3738         }
3739
3740         return false;
3741 }
3742
3743 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3744                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3745 {
3746         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3747
3748         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3749                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3750
3751         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3752                                                                 free_pages);
3753 }
3754
3755 #ifdef CONFIG_NUMA
3756 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3757 {
3758         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3759                                 node_reclaim_distance;
3760 }
3761 #else   /* CONFIG_NUMA */
3762 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3763 {
3764         return true;
3765 }
3766 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3767
3768 /*
3769  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3770  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3771  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3772  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3773  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3774  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3775  */
3776 static inline unsigned int
3777 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3778 {
3779         unsigned int alloc_flags;
3780
3781         /*
3782          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3783          * to save a branch.
3784          */
3785         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3786
3787 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3788         if (!zone)
3789                 return alloc_flags;
3790
3791         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3792                 return alloc_flags;
3793
3794         /*
3795          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3796          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3797          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3798          */
3799         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3800         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3801                 return alloc_flags;
3802
3803         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3804 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3805         return alloc_flags;
3806 }
3807
3808 static inline unsigned int current_alloc_flags(gfp_t gfp_mask,
3809                                         unsigned int alloc_flags)
3810 {
3811 #ifdef CONFIG_CMA
3812         unsigned int pflags = current->flags;
3813
3814         if (!(pflags & PF_MEMALLOC_NOCMA) &&
3815                         gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3816                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3817
3818 #endif
3819         return alloc_flags;
3820 }
3821
3822 /*
3823  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3824  * a page.
3825  */
3826 static struct page *
3827 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3828                                                 const struct alloc_context *ac)
3829 {
3830         struct zoneref *z;
3831         struct zone *zone;
3832         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3833         bool no_fallback;
3834
3835 retry:
3836         /*
3837          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3838          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3839          */
3840         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3841         z = ac->preferred_zoneref;
3842         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3843                                         ac->nodemask) {
3844                 struct page *page;
3845                 unsigned long mark;
3846
3847                 if (cpusets_enabled() &&
3848                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3849                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3850                                 continue;
3851                 /*
3852                  * When allocating a page cache page for writing, we
3853                  * want to get it from a node that is within its dirty
3854                  * limit, such that no single node holds more than its
3855                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3856                  * The dirty limits take into account the node's
3857                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3858                  * should be able to balance it without having to
3859                  * write pages from its LRU list.
3860                  *
3861                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3862                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3863                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3864                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3865                  * nodes are together not big enough to reach the
3866                  * global limit.  The proper fix for these situations
3867                  * will require awareness of nodes in the
3868                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3869                  */
3870                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3871                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3872                                 continue;
3873
3874                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3875                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3876                                 continue;
3877                         }
3878                 }
3879
3880                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3881                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3882                         int local_nid;
3883
3884                         /*
3885                          * If moving to a remote node, retry but allow
3886                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3887                          * than fragmentation avoidance.
3888                          */
3889                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3890                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3891                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3892                                 goto retry;
3893                         }
3894                 }
3895
3896                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3897                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3898                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3899                                        gfp_mask)) {
3900                         int ret;
3901
3902 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3903                         /*
3904                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3905                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3906                          */
3907                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3908                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3909                                         goto try_this_zone;
3910                         }
3911 #endif
3912                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3913                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3914                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3915                                 goto try_this_zone;
3916
3917                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3918                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3919                                 continue;
3920
3921                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3922                         switch (ret) {
3923                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3924                                 /* did not scan */
3925                                 continue;
3926                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3927                                 /* scanned but unreclaimable */
3928                                 continue;
3929                         default:
3930                                 /* did we reclaim enough */
3931                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3932                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3933                                         goto try_this_zone;
3934
3935                                 continue;
3936                         }
3937                 }
3938
3939 try_this_zone:
3940                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3941                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3942                 if (page) {
3943                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3944
3945                         /*
3946                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3947                          * if the pageblock should be reserved for the future
3948                          */
3949                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3950                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3951
3952                         return page;
3953                 } else {
3954 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3955                         /* Try again if zone has deferred pages */
3956                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3957                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3958                                         goto try_this_zone;
3959                         }
3960 #endif
3961                 }
3962         }
3963
3964         /*
3965          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3966          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3967          */
3968         if (no_fallback) {
3969                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3970                 goto retry;
3971         }
3972
3973         return NULL;
3974 }
3975
3976 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3977 {
3978         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3979
3980         /*
3981          * This documents exceptions given to allocations in certain
3982          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3983          * of allowed nodes.
3984          */
3985         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3986                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3987                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3988                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3989         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3990                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3991
3992         show_mem(filter, nodemask);
3993 }
3994
3995 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3996 {
3997         struct va_format vaf;
3998         va_list args;
3999         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4000
4001         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
4002                 return;
4003
4004         va_start(args, fmt);
4005         vaf.fmt = fmt;
4006         vaf.va = &args;
4007         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4008                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4009                         nodemask_pr_args(nodemask));
4010         va_end(args);
4011
4012         cpuset_print_current_mems_allowed();
4013         pr_cont("\n");
4014         dump_stack();
4015         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4016 }
4017
4018 static inline struct page *
4019 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4020                               unsigned int alloc_flags,
4021                               const struct alloc_context *ac)
4022 {
4023         struct page *page;
4024
4025         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4026                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4027         /*
4028          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4029          * are depleted
4030          */
4031         if (!page)
4032                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4033                                 alloc_flags, ac);
4034
4035         return page;
4036 }
4037
4038 static inline struct page *
4039 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4040         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4041 {
4042         struct oom_control oc = {
4043                 .zonelist = ac->zonelist,
4044                 .nodemask = ac->nodemask,
4045                 .memcg = NULL,
4046                 .gfp_mask = gfp_mask,
4047                 .order = order,
4048         };
4049         struct page *page;
4050
4051         *did_some_progress = 0;
4052
4053         /*
4054          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4055          * making progress for us.
4056          */
4057         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4058                 *did_some_progress = 1;
4059                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4060                 return NULL;
4061         }
4062
4063         /*
4064          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4065          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4066          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4067          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4068          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4069          */
4070         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4071                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4072                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4073         if (page)
4074                 goto out;
4075
4076         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4077         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4078                 goto out;
4079         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4080         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4081                 goto out;
4082         /*
4083          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4084          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4085          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4086          * fallback than shooting a random task.
4087          *
4088          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4089          */
4090         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4091                 goto out;
4092         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4093         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4094                 goto out;
4095         if (pm_suspended_storage())
4096                 goto out;
4097         /*
4098          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4099          * other request to make a forward progress.
4100          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4101          * do much for this context but let's try it to at least get
4102          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4103          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4104          * failures more gracefully we should just bail out here.
4105          */
4106
4107         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4108         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4109                 *did_some_progress = 1;
4110
4111                 /*
4112                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4113                  * reserves
4114                  */
4115                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4116                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4117                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4118         }
4119 out:
4120         mutex_unlock(&oom_lock);
4121         return page;
4122 }
4123
4124 /*
4125  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
4126  * killer is consider as the only way to move forward.
4127  */
4128 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4129
4130 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4131 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4132 static struct page *
4133 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4134                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4135                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4136 {
4137         struct page *page = NULL;
4138         unsigned long pflags;
4139         unsigned int noreclaim_flag;
4140
4141         if (!order)
4142                 return NULL;
4143
4144         psi_memstall_enter(&pflags);
4145         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4146
4147         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4148                                                                 prio, &page);
4149
4150         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4151         psi_memstall_leave(&pflags);
4152
4153         /*
4154          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4155          * count a compaction stall
4156          */
4157         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4158
4159         /* Prep a captured page if available */
4160         if (page)
4161                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4162
4163         /* Try get a page from the freelist if available */
4164         if (!page)
4165                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4166
4167         if (page) {
4168                 struct zone *zone = page_zone(page);
4169
4170                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4171                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4172                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4173                 return page;
4174         }
4175
4176         /*
4177          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4178          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4179          */
4180         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4181
4182         cond_resched();
4183
4184         return NULL;
4185 }
4186
4187 static inline bool
4188 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4189                      enum compact_result compact_result,
4190                      enum compact_priority *compact_priority,
4191                      int *compaction_retries)
4192 {
4193         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4194         int min_priority;
4195         bool ret = false;
4196         int retries = *compaction_retries;
4197         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4198
4199         if (!order)
4200                 return false;
4201
4202         if (compaction_made_progress(compact_result))
4203                 (*compaction_retries)++;
4204
4205         /*
4206          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4207          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4208          * failure could be caused by insufficient priority
4209          */
4210         if (compaction_failed(compact_result))
4211                 goto check_priority;
4212
4213         /*
4214          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4215          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4216          */
4217         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4218                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4219                 goto out;
4220         }
4221
4222         /*
4223          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4224          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4225          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4226          * we don't just keep bailing out endlessly.
4227          */
4228         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4229                 goto check_priority;
4230         }
4231
4232         /*
4233          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4234          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4235          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4236          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4237          * would need much more detailed feedback from compaction to
4238          * make a better decision.
4239          */
4240         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4241                 max_retries /= 4;
4242         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4243                 ret = true;
4244                 goto out;
4245         }
4246
4247         /*
4248          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4249          * all retries or failed at the lower priorities.
4250          */
4251 check_priority:
4252         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4253                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4254
4255         if (*compact_priority > min_priority) {
4256                 (*compact_priority)--;
4257                 *compaction_retries = 0;
4258                 ret = true;
4259         }
4260 out:
4261         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4262         return ret;
4263 }
4264 #else
4265 static inline struct page *
4266 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4267                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4268                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4269 {
4270         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4271         return NULL;
4272 }
4273
4274 static inline bool
4275 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4276                      enum compact_result compact_result,
4277                      enum compact_priority *compact_priority,
4278                      int *compaction_retries)
4279 {
4280         struct zone *zone;
4281         struct zoneref *z;
4282
4283         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4284                 return false;
4285
4286         /*
4287          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4288          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4289          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4290          * watermarks are OK.
4291          */
4292         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4293                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4294                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4295                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4296                         return true;
4297         }
4298         return false;
4299 }
4300 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4301
4302 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4303 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4304         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4305
4306 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4307 {
4308         /* no reclaim without waiting on it */
4309         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4310                 return false;
4311
4312         /* this guy won't enter reclaim */
4313         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4314                 return false;
4315
4316         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4317                 return false;
4318
4319         return true;
4320 }
4321
4322 void __fs_reclaim_acquire(void)
4323 {
4324         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4325 }
4326
4327 void __fs_reclaim_release(void)
4328 {
4329         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4330 }
4331
4332 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4333 {
4334         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4335
4336         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4337                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4338                         __fs_reclaim_acquire();
4339
4340 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4341                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4342                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4343 #endif
4344
4345         }
4346 }
4347 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4348
4349 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4350 {
4351         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4352
4353         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4354                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4355                         __fs_reclaim_release();
4356         }
4357 }
4358 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4359 #endif
4360
4361 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4362 static unsigned long
4363 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4364                                         const struct alloc_context *ac)
4365 {
4366         unsigned int noreclaim_flag;
4367         unsigned long pflags, progress;
4368
4369         cond_resched();
4370
4371         /* We now go into synchronous reclaim */
4372         cpuset_memory_pressure_bump();
4373         psi_memstall_enter(&pflags);
4374         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4375         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4376
4377         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4378                                                                 ac->nodemask);
4379
4380         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4381         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4382         psi_memstall_leave(&pflags);
4383
4384         cond_resched();
4385
4386         return progress;
4387 }
4388
4389 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4390 static inline struct page *
4391 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4392                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4393                 unsigned long *did_some_progress)
4394 {
4395         struct page *page = NULL;
4396         bool drained = false;
4397
4398         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4399         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4400                 return NULL;
4401
4402 retry:
4403         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4404
4405         /*
4406          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4407          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4408          * Shrink them and try again
4409          */
4410         if (!page && !drained) {
4411                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4412                 drain_all_pages(NULL);
4413                 drained = true;
4414                 goto retry;
4415         }
4416
4417         return page;
4418 }
4419
4420 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4421                              const struct alloc_context *ac)
4422 {
4423         struct zoneref *z;
4424         struct zone *zone;
4425         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4426         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4427
4428         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4429                                         ac->nodemask) {
4430                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4431                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4432                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4433         }
4434 }
4435
4436 static inline unsigned int
4437 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4438 {
4439         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4440
4441         /*
4442          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4443          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4444          * to save two branches.
4445          */
4446         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4447         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4448
4449         /*
4450          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4451          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4452          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4453          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4454          */
4455         alloc_flags |= (__force int)
4456                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4457
4458         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4459                 /*
4460                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4461                  * if it can't schedule.
4462                  */
4463                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4464                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4465                 /*
4466                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4467                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4468                  */
4469                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4470         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4471                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4472
4473         alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, alloc_flags);
4474
4475         return alloc_flags;
4476 }
4477
4478 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4479 {
4480         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4481                 return false;
4482
4483         /*
4484          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4485          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4486          */
4487         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4488                 return false;
4489
4490         return true;
4491 }
4492
4493 /*
4494  * Distinguish requests which really need access to full memory
4495  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4496  */
4497 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4498 {
4499         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4500                 return 0;
4501         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4502                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4503         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4504                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4505         if (!in_interrupt()) {
4506                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4507                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4508                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4509                         return ALLOC_OOM;
4510         }
4511
4512         return 0;
4513 }
4514
4515 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4516 {
4517         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4518 }
4519
4520 /*
4521  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4522  * for the given allocation request.
4523  *
4524  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4525  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4526  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4527  *
4528  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4529  */
4530 static inline bool
4531 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4532                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4533                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4534 {
4535         struct zone *zone;
4536         struct zoneref *z;
4537         bool ret = false;
4538
4539         /*
4540          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4541          * their order will become available due to high fragmentation so
4542          * always increment the no progress counter for them
4543          */
4544         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4545                 *no_progress_loops = 0;
4546         else
4547                 (*no_progress_loops)++;
4548
4549         /*
4550          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4551          * several times in the row.
4552          */
4553         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4554                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4555                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4556         }
4557
4558         /*
4559          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4560          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4561          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4562          * screwed and have to go OOM.
4563          */
4564         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4565                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4566                 unsigned long available;
4567                 unsigned long reclaimable;
4568                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4569                 bool wmark;
4570
4571                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4572                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4573
4574                 /*
4575                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4576                  * reclaimable pages?
4577                  */
4578                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4579                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4580                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4581                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4582                 if (wmark) {
4583                         /*
4584                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4585                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4586                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4587                          * prevent from pre mature OOM
4588                          */
4589                         if (!did_some_progress) {
4590                                 unsigned long write_pending;
4591
4592                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4593                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4594
4595                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4596                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4597                                         return true;
4598                                 }
4599                         }
4600
4601                         ret = true;
4602                         goto out;
4603                 }
4604         }
4605
4606 out:
4607         /*
4608          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4609          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4610          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4611          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4612          * here rather than calling cond_resched().
4613          */
4614         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4615                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4616         else
4617                 cond_resched();
4618         return ret;
4619 }
4620
4621 static inline bool
4622 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4623 {
4624         /*
4625          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4626          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4627          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4628          * such a way the check therein was true, and then it became false
4629          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4630          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4631          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4632          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4633          * caller can deal with a violated nodemask.
4634          */
4635         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4636                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4637                 ac->nodemask = NULL;
4638                 return true;
4639         }
4640
4641         /*
4642          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4643          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4644          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4645          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4646          * retry.
4647          */
4648         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4649                 return true;
4650
4651         return false;
4652 }
4653
4654 static inline struct page *
4655 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4656                                                 struct alloc_context *ac)
4657 {
4658         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4659         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4660         struct page *page = NULL;
4661         unsigned int alloc_flags;
4662         unsigned long did_some_progress;
4663         enum compact_priority compact_priority;
4664         enum compact_result compact_result;
4665         int compaction_retries;
4666         int no_progress_loops;
4667         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4668         int reserve_flags;
4669
4670         /*
4671          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4672          * callers that are not in atomic context.
4673          */
4674         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4675                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4676                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4677
4678 retry_cpuset:
4679         compaction_retries = 0;
4680         no_progress_loops = 0;
4681         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4682         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4683
4684         /*
4685          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4686          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4687          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4688          */
4689         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4690
4691         /*
4692          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4693          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4694          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4695          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4696          */
4697         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4698                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4699         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4700                 goto nopage;
4701
4702         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4703                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4704
4705         /*
4706          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4707          * that first
4708          */
4709         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4710         if (page)
4711                 goto got_pg;
4712
4713         /*
4714          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4715          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4716          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4717          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4718          * same migratetype.
4719          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4720          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4721          */
4722         if (can_direct_reclaim &&
4723                         (costly_order ||
4724                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4725                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4726                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4727                                                 alloc_flags, ac,
4728                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4729                                                 &compact_result);
4730                 if (page)
4731                         goto got_pg;
4732
4733                 /*
4734                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4735                  * includes some THP page fault allocations
4736                  */
4737                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4738                         /*
4739                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4740                          * failed because all zones are below low watermarks
4741                          * or is prohibited because it recently failed at this
4742                          * order, fail immediately unless the allocator has
4743                          * requested compaction and reclaim retry.
4744                          *
4745                          * Reclaim is
4746                          *  - potentially very expensive because zones are far
4747                          *    below their low watermarks or this is part of very
4748                          *    bursty high order allocations,
4749                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4750                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4751                          *    linear scan, and
4752                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4753                          *    own.
4754                          */
4755                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4756                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4757                                 goto nopage;
4758
4759                         /*
4760                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4761                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4762                          * using async compaction.
4763                          */
4764                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4765                 }
4766         }
4767
4768 retry:
4769         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4770         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4771                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4772
4773         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4774         if (reserve_flags)
4775                 alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, reserve_flags);
4776
4777         /*
4778          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4779          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4780          * user oriented.
4781          */
4782         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4783                 ac->nodemask = NULL;
4784                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4785                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4786         }
4787
4788         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4789         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4790         if (page)
4791                 goto got_pg;
4792
4793         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4794         if (!can_direct_reclaim)
4795                 goto nopage;
4796
4797         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4798         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4799                 goto nopage;
4800
4801         /* Try direct reclaim and then allocating */
4802         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4803                                                         &did_some_progress);
4804         if (page)
4805                 goto got_pg;
4806
4807         /* Try direct compaction and then allocating */
4808         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4809                                         compact_priority, &compact_result);
4810         if (page)
4811                 goto got_pg;
4812
4813         /* Do not loop if specifically requested */
4814         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4815                 goto nopage;
4816
4817         /*
4818          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4819          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4820          */
4821         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4822                 goto nopage;
4823
4824         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4825                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4826                 goto retry;
4827
4828         /*
4829          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4830          * reclaim is not able to make any progress because the current
4831          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4832          * of free memory (see __compaction_suitable)
4833          */
4834         if (did_some_progress > 0 &&
4835                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4836                                 compact_result, &compact_priority,
4837                                 &compaction_retries))
4838                 goto retry;
4839
4840
4841         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4842         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4843                 goto retry_cpuset;
4844
4845         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4846         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4847         if (page)
4848                 goto got_pg;
4849
4850         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4851         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4852             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4853              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4854                 goto nopage;
4855
4856         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4857         if (did_some_progress) {
4858                 no_progress_loops = 0;
4859                 goto retry;
4860         }
4861
4862 nopage:
4863         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4864         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4865                 goto retry_cpuset;
4866
4867         /*
4868          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4869          * we always retry
4870          */
4871         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4872                 /*
4873                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4874                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4875                  */
4876                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4877                         goto fail;
4878
4879                 /*
4880                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4881                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4882                  * for somebody to do a work for us
4883                  */
4884                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4885
4886                 /*
4887                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4888                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4889                  * so that we can identify them and convert them to something
4890                  * else.
4891                  */
4892                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4893
4894                 /*
4895                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4896                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4897                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4898                  * the situation worse
4899                  */
4900                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4901                 if (page)
4902                         goto got_pg;
4903
4904                 cond_resched();
4905                 goto retry;
4906         }
4907 fail:
4908         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4909                         "page allocation failure: order:%u", order);
4910 got_pg:
4911         return page;
4912 }
4913
4914 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4915                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4916                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4917                 unsigned int *alloc_flags)
4918 {
4919         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4920         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4921         ac->nodemask = nodemask;
4922         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4923
4924         if (cpusets_enabled()) {
4925                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4926                 /*
4927                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4928                  * to the current task context. It means that any node ok.
4929                  */
4930                 if (!in_interrupt() && !ac->nodemask)
4931                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4932                 else
4933                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4934         }
4935
4936         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4937         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4938
4939         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4940
4941         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4942                 return false;
4943
4944         *alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, *alloc_flags);
4945
4946         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4947         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4948
4949         /*
4950          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4951          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4952          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4953          */
4954         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4955                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4956
4957         return true;
4958 }
4959
4960 /*
4961  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4962  */
4963 struct page *
4964 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4965                                                         nodemask_t *nodemask)
4966 {
4967         struct page *page;
4968         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4969         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4970         struct alloc_context ac = { };
4971
4972         /*
4973          * There are several places where we assume that the order value is sane
4974          * so bail out early if the request is out of bound.
4975          */
4976         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4977                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4978                 return NULL;
4979         }
4980
4981         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4982         alloc_mask = gfp_mask;
4983         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4984                 return NULL;
4985
4986         /*
4987          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4988          * memory until all local zones are considered.
4989          */
4990         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4991
4992         /* First allocation attempt */
4993         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4994         if (likely(page))
4995                 goto out;
4996
4997         /*
4998          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4999          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5000          * from a particular context which has been marked by
5001          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
5002          */
5003         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
5004         ac.spread_dirty_pages = false;
5005
5006         /*
5007          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5008          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5009          */
5010         ac.nodemask = nodemask;
5011
5012         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
5013
5014 out:
5015         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5016             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp_mask, order) != 0)) {
5017                 __free_pages(page, order);
5018                 page = NULL;
5019         }
5020
5021         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
5022
5023         return page;
5024 }
5025 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
5026
5027 /*
5028  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5029  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5030  * you need to access high mem.
5031  */
5032 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5033 {
5034         struct page *page;
5035
5036         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5037         if (!page)
5038                 return 0;
5039         return (unsigned long) page_address(page);
5040 }
5041 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5042
5043 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5044 {
5045         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5046 }
5047 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5048
5049 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
5050 {
5051         if (order == 0)         /* Via pcp? */
5052                 free_unref_page(page);
5053         else
5054                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
5055 }
5056
5057 /**
5058  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5059  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5060  * @order: The order of the allocation.
5061  *
5062  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5063  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5064  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5065  * than was allocated will probably emit a warning.
5066  *
5067  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5068  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5069  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5070  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5071  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5072  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5073  *
5074  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5075  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5076  */
5077 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5078 {
5079         if (put_page_testzero(page))
5080                 free_the_page(page, order);
5081         else if (!PageHead(page))
5082                 while (order-- > 0)
5083                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5084 }
5085 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5086
5087 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5088 {
5089         if (addr != 0) {
5090                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5091                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5092         }
5093 }
5094
5095 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5096
5097 /*
5098  * Page Fragment:
5099  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5100  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5101  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5102  *
5103  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5104  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5105  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5106  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5107  */
5108 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5109                                              gfp_t gfp_mask)
5110 {
5111         struct page *page = NULL;
5112         gfp_t gfp = gfp_mask;
5113
5114 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5115         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5116                     __GFP_NOMEMALLOC;
5117         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5118                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5119         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5120 #endif
5121         if (unlikely(!page))
5122                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5123
5124         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5125
5126         return page;
5127 }
5128
5129 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5130 {
5131         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5132
5133         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5134                 free_the_page(page, compound_order(page));
5135 }
5136 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5137
5138 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
5139                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
5140 {
5141         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5142         struct page *page;
5143         int offset;
5144
5145         if (unlikely(!nc->va)) {
5146 refill:
5147                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5148                 if (!page)
5149                         return NULL;
5150
5151 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5152                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5153                 size = nc->size;
5154 #endif
5155                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5156                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5157                  */
5158                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5159
5160                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5161                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5162                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5163                 nc->offset = size;
5164         }
5165
5166         offset = nc->offset - fragsz;
5167         if (unlikely(offset < 0)) {
5168                 page = virt_to_page(nc->va);
5169
5170                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5171                         goto refill;
5172
5173                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5174                         free_the_page(page, compound_order(page));
5175                         goto refill;
5176                 }
5177
5178 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5179                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5180                 size = nc->size;
5181 #endif
5182                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5183                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5184
5185                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5186                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5187                 offset = size - fragsz;
5188         }
5189
5190         nc->pagecnt_bias--;
5191         nc->offset = offset;
5192
5193         return nc->va + offset;
5194 }
5195 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
5196
5197 /*
5198  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5199  */
5200 void page_frag_free(void *addr)
5201 {
5202         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5203
5204         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5205                 free_the_page(page, compound_order(page));
5206 }
5207 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5208
5209 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5210                 size_t size)
5211 {
5212         if (addr) {
5213                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5214                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5215
5216                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5217                 while (used < alloc_end) {
5218                         free_page(used);
5219                         used += PAGE_SIZE;
5220                 }
5221         }
5222         return (void *)addr;
5223 }
5224
5225 /**
5226  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5227  * @size: the number of bytes to allocate
5228  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5229  *
5230  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5231  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5232  * allocate memory in power-of-two pages.
5233  *
5234  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5235  *
5236  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5237  *
5238  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5239  */
5240 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5241 {
5242         unsigned int order = get_order(size);
5243         unsigned long addr;
5244
5245         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5246                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5247
5248         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5249         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5250 }
5251 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5252
5253 /**
5254  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5255  *                         pages on a node.
5256  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5257  * @size: the number of bytes to allocate
5258  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5259  *
5260  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5261  * back.
5262  *
5263  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5264  */
5265 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5266 {
5267         unsigned int order = get_order(size);
5268         struct page *p;
5269
5270         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5271                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5272
5273         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5274         if (!p)
5275                 return NULL;
5276         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5277 }
5278
5279 /**
5280  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5281  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5282  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5283  *
5284  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5285  */
5286 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5287 {
5288         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5289         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5290
5291         while (addr < end) {
5292                 free_page(addr);
5293                 addr += PAGE_SIZE;
5294         }
5295 }
5296 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5297
5298 /**
5299  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5300  * @offset: The zone index of the highest zone
5301  *
5302  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5303  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5304  * zone, the number of pages is calculated as:
5305  *
5306  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5307  *
5308  * Return: number of pages beyond high watermark.
5309  */
5310 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5311 {
5312         struct zoneref *z;
5313         struct zone *zone;
5314
5315         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5316         unsigned long sum = 0;
5317
5318         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5319
5320         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5321                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5322                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5323                 if (size > high)
5324                         sum += size - high;
5325         }
5326
5327         return sum;
5328 }
5329
5330 /**
5331  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5332  *
5333  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5334  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5335  *
5336  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5337  * ZONE_NORMAL.
5338  */
5339 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5340 {
5341         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5342 }
5343 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5344
5345 static inline void show_node(struct zone *zone)
5346 {
5347         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5348                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5349 }
5350
5351 long si_mem_available(void)
5352 {
5353         long available;
5354         unsigned long pagecache;
5355         unsigned long wmark_low = 0;
5356         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5357         unsigned long reclaimable;
5358         struct zone *zone;
5359         int lru;
5360
5361         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5362                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5363
5364         for_each_zone(zone)
5365                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5366
5367         /*
5368          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5369          * without causing swapping.
5370          */
5371         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5372
5373         /*
5374          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5375          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5376          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5377          */
5378         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5379         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5380         available += pagecache;
5381
5382         /*
5383          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5384          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5385          * low watermark.
5386          */
5387         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5388                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5389         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5390
5391         if (available < 0)
5392                 available = 0;
5393         return available;
5394 }
5395 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5396
5397 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5398 {
5399         val->totalram = totalram_pages();
5400         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5401         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5402         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5403         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5404         val->freehigh = nr_free_highpages();
5405         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5406 }
5407
5408 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5409
5410 #ifdef CONFIG_NUMA
5411 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5412 {
5413         int zone_type;          /* needs to be signed */
5414         unsigned long managed_pages = 0;
5415         unsigned long managed_highpages = 0;
5416         unsigned long free_highpages = 0;
5417         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5418
5419         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5420                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5421         val->totalram = managed_pages;
5422         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5423         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5424 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5425         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5426                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5427
5428                 if (is_highmem(zone)) {
5429                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5430                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5431                 }
5432         }
5433         val->totalhigh = managed_highpages;
5434         val->freehigh = free_highpages;
5435 #else
5436         val->totalhigh = managed_highpages;
5437         val->freehigh = free_highpages;
5438 #endif
5439         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5440 }
5441 #endif
5442
5443 /*
5444  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5445  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5446  */
5447 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5448 {
5449         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5450                 return false;
5451
5452         /*
5453          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5454          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5455          * have to be precise here.
5456          */
5457         if (!nodemask)
5458                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5459
5460         return !node_isset(nid, *nodemask);
5461 }
5462
5463 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5464
5465 static void show_migration_types(unsigned char type)
5466 {
5467         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5468                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5469                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5470                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5471                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5472 #ifdef CONFIG_CMA
5473                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5474 #endif
5475 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5476                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5477 #endif
5478         };
5479         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5480         char *p = tmp;
5481         int i;
5482
5483         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5484                 if (type & (1 << i))
5485                         *p++ = types[i];
5486         }
5487
5488         *p = '\0';
5489         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5490 }
5491
5492 /*
5493  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5494  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5495  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5496  *
5497  * Bits in @filter:
5498  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5499  *   cpuset.
5500  */
5501 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5502 {
5503         unsigned long free_pcp = 0;
5504         int cpu;
5505         struct zone *zone;
5506         pg_data_t *pgdat;
5507
5508         for_each_populated_zone(zone) {
5509                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5510                         continue;
5511
5512                 for_each_online_cpu(cpu)
5513                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5514         }
5515
5516         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5517                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5518                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5519                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5520                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5521                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5522                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5523                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5524                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5525                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5526                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5527                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5528                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5529                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5530                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5531                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5532                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5533                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5534                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5535                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5536                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5537                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5538                 free_pcp,
5539                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5540
5541         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5542                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5543                         continue;
5544
5545                 printk("Node %d"
5546                         " active_anon:%lukB"
5547                         " inactive_anon:%lukB"
5548                         " active_file:%lukB"
5549                         " inactive_file:%lukB"
5550                         " unevictable:%lukB"
5551                         " isolated(anon):%lukB"
5552                         " isolated(file):%lukB"
5553                         " mapped:%lukB"
5554                         " dirty:%lukB"
5555                         " writeback:%lukB"
5556                         " shmem:%lukB"
5557 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5558                         " shmem_thp: %lukB"
5559                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5560                         " anon_thp: %lukB"
5561 #endif
5562                         " writeback_tmp:%lukB"
5563                         " kernel_stack:%lukB"
5564 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5565                         " shadow_call_stack:%lukB"
5566 #endif
5567                         " pagetables:%lukB"
5568                         " all_unreclaimable? %s"
5569                         "\n",
5570                         pgdat->node_id,
5571                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5572                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5573                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5574                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5575                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5576                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5577                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5578                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5579                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5580                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5581                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5582 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5583                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5584                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5585                                         * HPAGE_PMD_NR),
5586                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5587 #endif
5588                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5589                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5590 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5591                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5592 #endif
5593                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
5594                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5595                                 "yes" : "no");
5596         }
5597
5598         for_each_populated_zone(zone) {
5599                 int i;
5600
5601                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5602                         continue;
5603
5604                 free_pcp = 0;
5605                 for_each_online_cpu(cpu)
5606                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5607
5608                 show_node(zone);
5609                 printk(KERN_CONT
5610                         "%s"
5611                         " free:%lukB"
5612                         " min:%lukB"
5613                         " low:%lukB"
5614                         " high:%lukB"
5615                         " reserved_highatomic:%luKB"
5616                         " active_anon:%lukB"
5617                         " inactive_anon:%lukB"
5618                         " active_file:%lukB"
5619                         " inactive_file:%lukB"
5620                         " unevictable:%lukB"
5621                         " writepending:%lukB"
5622                         " present:%lukB"
5623                         " managed:%lukB"
5624                         " mlocked:%lukB"
5625                         " bounce:%lukB"
5626                         " free_pcp:%lukB"
5627                         " local_pcp:%ukB"
5628                         " free_cma:%lukB"
5629                         "\n",
5630                         zone->name,
5631                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5632                         K(min_wmark_pages(zone)),
5633                         K(low_wmark_pages(zone)),
5634                         K(high_wmark_pages(zone)),
5635                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5636                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5637                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5638                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5639                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5640                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5641                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5642                         K(zone->present_pages),
5643                         K(zone_managed_pages(zone)),
5644                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5645                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5646                         K(free_pcp),
5647                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5648                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5649                 printk("lowmem_reserve[]:");
5650                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5651                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5652                 printk(KERN_CONT "\n");
5653         }
5654
5655         for_each_populated_zone(zone) {
5656                 unsigned int order;
5657                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5658                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5659
5660                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5661                         continue;
5662                 show_node(zone);
5663                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5664
5665                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5666                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5667                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5668                         int type;
5669
5670                         nr[order] = area->nr_free;
5671                         total += nr[order] << order;
5672
5673                         types[order] = 0;
5674                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5675                                 if (!free_area_empty(area, type))
5676                                         types[order] |= 1 << type;
5677                         }
5678                 }
5679                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5680                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5681                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5682                                nr[order], K(1UL) << order);
5683                         if (nr[order])
5684                                 show_migration_types(types[order]);
5685                 }
5686                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5687         }
5688
5689         hugetlb_show_meminfo();
5690
5691         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5692
5693         show_swap_cache_info();
5694 }
5695
5696 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5697 {
5698         zoneref->zone = zone;
5699         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5700 }
5701
5702 /*
5703  * Builds allocation fallback zone lists.
5704  *
5705  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5706  */
5707 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5708 {
5709         struct zone *zone;
5710         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5711         int nr_zones = 0;
5712
5713         do {
5714                 zone_type--;
5715                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5716                 if (managed_zone(zone)) {
5717                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5718                         check_highest_zone(zone_type);
5719                 }
5720         } while (zone_type);
5721
5722         return nr_zones;
5723 }
5724
5725 #ifdef CONFIG_NUMA
5726
5727 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5728 {
5729         /*
5730          * We used to support different zonlists modes but they turned
5731          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5732          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5733          * not fail it silently
5734          */
5735         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5736                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5737                 return -EINVAL;
5738         }
5739         return 0;
5740 }
5741
5742 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5743
5744 /*
5745  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5746  */
5747 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5748                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5749 {
5750         if (write)
5751                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5752         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5753 }
5754
5755
5756 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5757 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5758
5759 /**
5760  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5761  * @node: node whose fallback list we're appending
5762  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5763  *
5764  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5765  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5766  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5767  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5768  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5769  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5770  * on them otherwise.
5771  *
5772  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5773  */
5774 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5775 {
5776         int n, val;
5777         int min_val = INT_MAX;
5778         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5779
5780         /* Use the local node if we haven't already */
5781         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5782                 node_set(node, *used_node_mask);
5783                 return node;
5784         }
5785
5786         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5787
5788                 /* Don't want a node to appear more than once */
5789                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5790                         continue;
5791
5792                 /* Use the distance array to find the distance */
5793                 val = node_distance(node, n);
5794
5795                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5796                 val += (n < node);
5797
5798                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5799                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
5800                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5801
5802                 /* Slight preference for less loaded node */
5803                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5804                 val += node_load[n];
5805
5806                 if (val < min_val) {
5807                         min_val = val;
5808                         best_node = n;
5809                 }
5810         }
5811
5812         if (best_node >= 0)
5813                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5814
5815         return best_node;
5816 }
5817
5818
5819 /*
5820  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5821  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5822  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5823  */
5824 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5825                 unsigned nr_nodes)
5826 {
5827         struct zoneref *zonerefs;
5828         int i;
5829
5830         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5831
5832         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5833                 int nr_zones;
5834
5835                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5836
5837                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5838                 zonerefs += nr_zones;
5839         }
5840         zonerefs->zone = NULL;
5841         zonerefs->zone_idx = 0;
5842 }
5843
5844 /*
5845  * Build gfp_thisnode zonelists
5846  */
5847 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5848 {
5849         struct zoneref *zonerefs;
5850         int nr_zones;
5851
5852         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5853         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5854         zonerefs += nr_zones;
5855         zonerefs->zone = NULL;
5856         zonerefs->zone_idx = 0;
5857 }
5858
5859 /*
5860  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5861  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5862  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5863  * may still exist in local DMA zone.
5864  */
5865
5866 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5867 {
5868         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5869         int node, load, nr_nodes = 0;
5870         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5871         int local_node, prev_node;
5872
5873         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5874         local_node = pgdat->node_id;
5875         load = nr_online_nodes;
5876         prev_node = local_node;
5877
5878         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5879         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5880                 /*
5881                  * We don't want to pressure a particular node.
5882                  * So adding penalty to the first node in same
5883                  * distance group to make it round-robin.
5884                  */
5885                 if (node_distance(local_node, node) !=
5886                     node_distance(local_node, prev_node))
5887                         node_load[node] = load;
5888
5889                 node_order[nr_nodes++] = node;
5890                 prev_node = node;
5891                 load--;
5892         }
5893
5894         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5895         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5896 }
5897
5898 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5899 /*
5900  * Return node id of node used for "local" allocations.
5901  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5902  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5903  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5904  */
5905 int local_memory_node(int node)
5906 {
5907         struct zoneref *z;
5908
5909         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5910                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5911                                    NULL);
5912         return zone_to_nid(z->zone);
5913 }
5914 #endif
5915
5916 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5917 static void setup_min_slab_ratio(void);
5918 #else   /* CONFIG_NUMA */
5919
5920 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5921 {
5922         int node, local_node;
5923         struct zoneref *zonerefs;
5924         int nr_zones;
5925
5926         local_node = pgdat->node_id;
5927
5928         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5929         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5930         zonerefs += nr_zones;
5931
5932         /*
5933          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5934          * of all the other nodes.
5935          * We don't want to pressure a particular node, so when
5936          * building the zones for node N, we make sure that the
5937          * zones coming right after the local ones are those from
5938          * node N+1 (modulo N)
5939          */
5940         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5941                 if (!node_online(node))
5942                         continue;
5943                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5944                 zonerefs += nr_zones;
5945         }
5946         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5947                 if (!node_online(node))
5948                         continue;
5949                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5950                 zonerefs += nr_zones;
5951         }
5952
5953         zonerefs->zone = NULL;
5954         zonerefs->zone_idx = 0;
5955 }
5956
5957 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5958
5959 /*
5960  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5961  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5962  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5963  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5964  * with interrupts disabled.
5965  *
5966  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5967  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5968  * hotplugged processors.
5969  *
5970  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5971  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5972  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5973  */
5974 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p);
5975 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
5976 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
5977 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
5978 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5979 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5980
5981 static void __build_all_zonelists(void *data)
5982 {
5983         int nid;
5984         int __maybe_unused cpu;
5985         pg_data_t *self = data;
5986         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5987
5988         spin_lock(&lock);
5989
5990 #ifdef CONFIG_NUMA
5991         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5992 #endif
5993
5994         /*
5995          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5996          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5997          */
5998         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5999                 build_zonelists(self);
6000         } else {
6001                 for_each_online_node(nid) {
6002                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6003
6004                         build_zonelists(pgdat);
6005                 }
6006
6007 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6008                 /*
6009                  * We now know the "local memory node" for each node--
6010                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6011                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6012                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6013                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6014                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6015                  */
6016                 for_each_online_cpu(cpu)
6017                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6018 #endif
6019         }
6020
6021         spin_unlock(&lock);
6022 }
6023
6024 static noinline void __init
6025 build_all_zonelists_init(void)
6026 {
6027         int cpu;
6028
6029         __build_all_zonelists(NULL);
6030
6031         /*
6032          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6033          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6034          * each zone will be allocated later when the per cpu
6035          * allocator is available.
6036          *
6037          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6038          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6039          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6040          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6041          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6042          * (a chicken-egg dilemma).
6043          */
6044         for_each_possible_cpu(cpu)
6045                 pageset_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu));
6046
6047         mminit_verify_zonelist();
6048         cpuset_init_current_mems_allowed();
6049 }
6050
6051 /*
6052  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6053  *
6054  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6055  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6056  */
6057 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6058 {
6059         unsigned long vm_total_pages;
6060
6061         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6062                 build_all_zonelists_init();
6063         } else {
6064                 __build_all_zonelists(pgdat);
6065                 /* cpuset refresh routine should be here */
6066         }
6067         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6068         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6069         /*
6070          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6071          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6072          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6073          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6074          * disabled and enable it later
6075          */
6076         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6077                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6078         else
6079                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6080
6081         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6082                 nr_online_nodes,
6083                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6084                 vm_total_pages);
6085 #ifdef CONFIG_NUMA
6086         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6087 #endif
6088 }
6089
6090 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6091 static bool __meminit
6092 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6093 {
6094         static struct memblock_region *r;
6095
6096         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6097                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6098                         for_each_mem_region(r) {
6099                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6100                                         break;
6101                         }
6102                 }
6103                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6104                     memblock_is_mirror(r)) {
6105                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6106                         return true;
6107                 }
6108         }
6109         return false;
6110 }
6111
6112 /*
6113  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6114  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6115  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6116  *
6117  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6118  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6119  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6120  */
6121 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6122                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6123                 enum meminit_context context,
6124                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6125 {
6126         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6127         struct page *page;
6128
6129         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6130                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6131
6132 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6133         /*
6134          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6135          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6136          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6137          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6138          * the hotplug lock.
6139          */
6140         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6141                 if (!altmap)
6142                         return;
6143
6144                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6145                         start_pfn += altmap->reserve;
6146                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6147         }
6148 #endif
6149
6150         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6151                 /*
6152                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6153                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6154                  */
6155                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6156                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6157                                 continue;
6158                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6159                                 break;
6160                 }
6161
6162                 page = pfn_to_page(pfn);
6163                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6164                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6165                         __SetPageReserved(page);
6166
6167                 /*
6168                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6169                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6170                  * over the place during system boot.
6171                  */
6172                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6173                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6174                         cond_resched();
6175                 }
6176                 pfn++;
6177         }
6178 }
6179
6180 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6181 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6182                                    unsigned long start_pfn,
6183                                    unsigned long nr_pages,
6184                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6185 {
6186         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6187         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6188         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6189         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6190         unsigned long start = jiffies;
6191         int nid = pgdat->node_id;
6192
6193         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6194                 return;
6195
6196         /*
6197          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
6198          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6199          * the end of that region and start processing the device pages.
6200          */
6201         if (altmap) {
6202                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6203                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6204         }
6205
6206         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6207                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6208
6209                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6210
6211                 /*
6212                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6213                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6214                  *
6215                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6216                  * the flag as we are still initializing the pages.
6217                  */
6218                 __SetPageReserved(page);
6219
6220                 /*
6221                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6222                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6223                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6224                  */
6225                 page->pgmap = pgmap;
6226                 page->zone_device_data = NULL;
6227
6228                 /*
6229                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6230                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6231                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6232                  * the address space during boot when many long-lived
6233                  * kernel allocations are made.
6234                  *
6235                  * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6236                  * because this is done early in section_activate()
6237                  */
6238                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6239                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6240                         cond_resched();
6241                 }
6242         }
6243
6244         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6245                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6246 }
6247
6248 #endif
6249 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6250 {
6251         unsigned int order, t;
6252         for_each_migratetype_order(order, t) {
6253                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6254                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6255         }
6256 }
6257
6258 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6259                                   unsigned long zone,
6260                                   unsigned long range_start_pfn)
6261 {
6262         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6263         unsigned long range_end_pfn = range_start_pfn + size;
6264         int i;
6265
6266         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6267                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6268                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6269
6270                 if (end_pfn > start_pfn) {
6271                         size = end_pfn - start_pfn;
6272                         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, range_end_pfn,
6273                                          MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6274                 }
6275         }
6276 }
6277
6278 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6279 {
6280 #ifdef CONFIG_MMU
6281         int batch;
6282
6283         /*
6284          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6285          * size of the zone.
6286          */
6287         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6288         /* But no more than a meg. */
6289         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6290                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6291         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6292         if (batch < 1)
6293                 batch = 1;
6294
6295         /*
6296          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6297          * of 2 value was found to be more likely to have
6298          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6299          *
6300          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6301          * batches of pages, one task can end up with a lot
6302          * of pages of one half of the possible page colors
6303          * and the other with pages of the other colors.
6304          */
6305         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6306
6307         return batch;
6308
6309 #else
6310         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6311          * conditions.
6312          *
6313          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6314          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6315          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6316          *
6317          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6318          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6319          * can be a significant delay between the individual batches being
6320          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6321          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6322          */
6323         return 0;
6324 #endif
6325 }
6326
6327 /*
6328  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6329  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6330  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6331  *
6332  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6333  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6334  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6335  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6336  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6337  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6338  *
6339  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6340  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6341  * exist).
6342  */
6343 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6344                 unsigned long batch)
6345 {
6346         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6347         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6348 }
6349
6350 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6351 {
6352         struct per_cpu_pages *pcp;
6353         int migratetype;
6354
6355         memset(p, 0, sizeof(*p));
6356
6357         pcp = &p->pcp;
6358         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6359                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6360
6361         /*
6362          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6363          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6364          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6365          * pageset yet.
6366          */
6367         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6368         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6369 }
6370
6371 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6372                 unsigned long batch)
6373 {
6374         struct per_cpu_pageset *p;
6375         int cpu;
6376
6377         for_each_possible_cpu(cpu) {
6378                 p = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6379                 pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6380         }
6381 }
6382
6383 /*
6384  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6385  * zone, based on the zone's size and the percpu_pagelist_fraction sysctl.
6386  */
6387 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone)
6388 {
6389         unsigned long new_high, new_batch;
6390
6391         if (percpu_pagelist_fraction) {
6392                 new_high = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_fraction;
6393                 new_batch = max(1UL, new_high / 4);
6394                 if ((new_high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6395                         new_batch = PAGE_SHIFT * 8;
6396         } else {
6397                 new_batch = zone_batchsize(zone);
6398                 new_high = 6 * new_batch;
6399                 new_batch = max(1UL, 1 * new_batch);
6400         }
6401
6402         if (zone->pageset_high == new_high &&
6403             zone->pageset_batch == new_batch)
6404                 return;
6405
6406         zone->pageset_high = new_high;
6407         zone->pageset_batch = new_batch;
6408
6409         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
6410 }
6411
6412 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6413 {
6414         struct per_cpu_pageset *p;
6415         int cpu;
6416
6417         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6418         for_each_possible_cpu(cpu) {
6419                 p = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6420                 pageset_init(p);
6421         }
6422
6423         zone_set_pageset_high_and_batch(zone);
6424 }
6425
6426 /*
6427  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6428  * Before this call only boot pagesets were available.
6429  */
6430 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6431 {
6432         struct pglist_data *pgdat;
6433         struct zone *zone;
6434         int __maybe_unused cpu;
6435
6436         for_each_populated_zone(zone)
6437                 setup_zone_pageset(zone);
6438
6439 #ifdef CONFIG_NUMA
6440         /*
6441          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6442          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6443          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6444          * the nodes these zones are associated with.
6445          */
6446         for_each_possible_cpu(cpu) {
6447                 struct per_cpu_pageset *pcp = &per_cpu(boot_pageset, cpu);
6448                 memset(pcp->vm_numa_stat_diff, 0,
6449                        sizeof(pcp->vm_numa_stat_diff));
6450         }
6451 #endif
6452
6453         for_each_online_pgdat(pgdat)
6454                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6455                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6456 }
6457
6458 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6459 {
6460         /*
6461          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6462          * relies on the ability of the linker to provide the
6463          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6464          */
6465         zone->pageset = &boot_pageset;
6466         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6467         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6468
6469         if (populated_zone(zone))
6470                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6471                         zone->name, zone->present_pages,
6472                                          zone_batchsize(zone));
6473 }
6474
6475 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6476                                         unsigned long zone_start_pfn,
6477                                         unsigned long size)
6478 {
6479         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6480         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6481
6482         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6483                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6484
6485         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6486
6487         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6488                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6489                         pgdat->node_id,
6490                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6491                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6492
6493         zone_init_free_lists(zone);
6494         zone->initialized = 1;
6495 }
6496
6497 /**
6498  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6499  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6500  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6501  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6502  *
6503  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6504  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6505  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6506  * PFNs will be 0.
6507  */
6508 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6509                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6510 {
6511         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6512         int i;
6513
6514         *start_pfn = -1UL;
6515         *end_pfn = 0;
6516
6517         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6518                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6519                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6520         }
6521
6522         if (*start_pfn == -1UL)
6523                 *start_pfn = 0;
6524 }
6525
6526 /*
6527  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6528  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6529  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6530  */
6531 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6532 {
6533         int zone_index;
6534         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6535                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6536                         continue;
6537
6538                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6539                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6540                         break;
6541         }
6542
6543         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6544         movable_zone = zone_index;
6545 }
6546
6547 /*
6548  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6549  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6550  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6551  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6552  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6553  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6554  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6555  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6556  */
6557 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6558                                         unsigned long zone_type,
6559                                         unsigned long node_start_pfn,
6560                                         unsigned long node_end_pfn,
6561                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6562                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6563 {
6564         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6565         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6566                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6567                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6568                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6569                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6570                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6571
6572                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6573                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6574                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6575                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6576                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6577
6578                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6579                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6580                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6581         }
6582 }
6583
6584 /*
6585  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6586  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6587  */
6588 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6589                                         unsigned long zone_type,
6590                                         unsigned long node_start_pfn,
6591                                         unsigned long node_end_pfn,
6592                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6593                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6594 {
6595         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6596         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6597         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6598         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6599                 return 0;
6600
6601         /* Get the start and end of the zone */
6602         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6603         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6604         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6605                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6606                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6607
6608         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6609         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6610                 return 0;
6611
6612         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6613         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6614         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6615
6616         /* Return the spanned pages */
6617         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6618 }
6619
6620 /*
6621  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6622  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6623  */
6624 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6625                                 unsigned long range_start_pfn,
6626                                 unsigned long range_end_pfn)
6627 {
6628         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6629         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6630         int i;
6631
6632         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6633                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6634                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6635                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6636         }
6637         return nr_absent;
6638 }
6639
6640 /**
6641  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6642  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6643  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6644  *
6645  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6646  */
6647 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6648                                                         unsigned long end_pfn)
6649 {
6650         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6651 }
6652
6653 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6654 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6655                                         unsigned long zone_type,
6656                                         unsigned long node_start_pfn,
6657                                         unsigned long node_end_pfn)
6658 {
6659         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6660         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6661         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6662         unsigned long nr_absent;
6663
6664         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6665         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6666                 return 0;
6667
6668         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6669         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6670
6671         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6672                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6673                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6674         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6675
6676         /*
6677          * ZONE_MOVABLE handling.
6678          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6679          * and vice versa.
6680          */
6681         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6682                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6683                 struct memblock_region *r;
6684
6685                 for_each_mem_region(r) {
6686                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6687                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6688                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6689                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6690
6691                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6692                             memblock_is_mirror(r))
6693                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6694
6695                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6696                             !memblock_is_mirror(r))
6697                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6698                 }
6699         }
6700
6701         return nr_absent;
6702 }
6703
6704 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6705                                                 unsigned long node_start_pfn,
6706                                                 unsigned long node_end_pfn)
6707 {
6708         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6709         enum zone_type i;
6710
6711         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6712                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6713                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6714                 unsigned long spanned, absent;
6715                 unsigned long size, real_size;
6716
6717                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6718                                                      node_start_pfn,
6719                                                      node_end_pfn,
6720                                                      &zone_start_pfn,
6721                                                      &zone_end_pfn);
6722                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6723                                                    node_start_pfn,
6724                                                    node_end_pfn);
6725
6726                 size = spanned;
6727                 real_size = size - absent;
6728
6729                 if (size)
6730                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6731                 else
6732                         zone->zone_start_pfn = 0;
6733                 zone->spanned_pages = size;
6734                 zone->present_pages = real_size;
6735
6736                 totalpages += size;
6737                 realtotalpages += real_size;
6738         }
6739
6740         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6741         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6742         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6743                                                         realtotalpages);
6744 }
6745
6746 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6747 /*
6748  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6749  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6750  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6751  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6752  * bytes.
6753  */
6754 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6755 {
6756         unsigned long usemapsize;
6757
6758         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6759         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6760         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6761         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6762         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6763
6764         return usemapsize / 8;
6765 }
6766
6767 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6768                                 struct zone *zone,
6769                                 unsigned long zone_start_pfn,
6770                                 unsigned long zonesize)
6771 {
6772         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6773         zone->pageblock_flags = NULL;
6774         if (usemapsize) {
6775                 zone->pageblock_flags =
6776                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6777                                             pgdat->node_id);
6778                 if (!zone->pageblock_flags)
6779                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6780                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6781         }
6782 }
6783 #else
6784 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6785                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6786 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6787
6788 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6789
6790 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6791 void __init set_pageblock_order(void)
6792 {
6793         unsigned int order;
6794
6795         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6796         if (pageblock_order)
6797                 return;
6798
6799         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6800                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6801         else
6802                 order = MAX_ORDER - 1;
6803
6804         /*
6805          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6806          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6807          * powerpc.
6808          */
6809         pageblock_order = order;
6810 }
6811 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6812
6813 /*
6814  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6815  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6816  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6817  * the kernel config
6818  */
6819 void __init set_pageblock_order(void)
6820 {
6821 }
6822
6823 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6824
6825 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6826                                                 unsigned long present_pages)
6827 {
6828         unsigned long pages = spanned_pages;
6829
6830         /*
6831          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6832          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6833          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6834          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6835          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6836          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6837          */
6838         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6839             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6840                 pages = present_pages;
6841
6842         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6843 }
6844
6845 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6846 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6847 {
6848         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6849
6850         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6851         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6852         ds_queue->split_queue_len = 0;
6853 }
6854 #else
6855 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6856 #endif
6857
6858 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6859 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6860 {
6861         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6862 }
6863 #else
6864 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6865 #endif
6866
6867 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6868 {
6869         pgdat_resize_init(pgdat);
6870
6871         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6872         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6873
6874         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6875         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6876
6877         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6878         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
6879 }
6880
6881 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6882                                                         unsigned long remaining_pages)
6883 {
6884         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6885         zone_set_nid(zone, nid);
6886         zone->name = zone_names[idx];
6887         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6888         spin_lock_init(&zone->lock);
6889         zone_seqlock_init(zone);
6890         zone_pcp_init(zone);
6891 }
6892
6893 /*
6894  * Set up the zone data structures
6895  * - init pgdat internals
6896  * - init all zones belonging to this node
6897  *
6898  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6899  */
6900 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6901 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6902 {
6903         enum zone_type z;
6904         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6905
6906         pgdat_init_internals(pgdat);
6907         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6908                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6909 }
6910 #endif
6911
6912 /*
6913  * Set up the zone data structures:
6914  *   - mark all pages reserved
6915  *   - mark all memory queues empty
6916  *   - clear the memory bitmaps
6917  *
6918  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6919  * NOTE: this function is only called during early init.
6920  */
6921 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6922 {
6923         enum zone_type j;
6924         int nid = pgdat->node_id;
6925
6926         pgdat_init_internals(pgdat);
6927         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6928
6929         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6930                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6931                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6932                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6933
6934                 size = zone->spanned_pages;
6935                 freesize = zone->present_pages;
6936
6937                 /*
6938                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6939                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6940                  * and per-cpu initialisations
6941                  */
6942                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6943                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6944                         if (freesize >= memmap_pages) {
6945                                 freesize -= memmap_pages;
6946                                 if (memmap_pages)
6947                                         printk(KERN_DEBUG
6948                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6949                                                zone_names[j], memmap_pages);
6950                         } else
6951                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6952                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6953                 }
6954
6955                 /* Account for reserved pages */
6956                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6957                         freesize -= dma_reserve;
6958                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6959                                         zone_names[0], dma_reserve);
6960                 }
6961
6962                 if (!is_highmem_idx(j))
6963                         nr_kernel_pages += freesize;
6964                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6965                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6966                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6967                 nr_all_pages += freesize;
6968
6969                 /*
6970                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6971                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6972                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6973                  */
6974                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6975
6976                 if (!size)
6977                         continue;
6978
6979                 set_pageblock_order();
6980                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6981                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6982                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6983         }
6984 }
6985
6986 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6987 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6988 {
6989         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6990         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6991
6992         /* Skip empty nodes */
6993         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6994                 return;
6995
6996         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6997         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6998         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6999         if (!pgdat->node_mem_map) {
7000                 unsigned long size, end;
7001                 struct page *map;
7002
7003                 /*
7004                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7005                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7006                  * for the buddy allocator to function correctly.
7007                  */
7008                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7009                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7010                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7011                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
7012                                           pgdat->node_id);
7013                 if (!map)
7014                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7015                               size, pgdat->node_id);
7016                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7017         }
7018         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7019                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7020                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7021 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
7022         /*
7023          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7024          */
7025         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7026                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7027                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7028                         mem_map -= offset;
7029         }
7030 #endif
7031 }
7032 #else
7033 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7034 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7035
7036 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7037 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7038 {
7039         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7040 }
7041 #else
7042 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7043 #endif
7044
7045 static void __init free_area_init_node(int nid)
7046 {
7047         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7048         unsigned long start_pfn = 0;
7049         unsigned long end_pfn = 0;
7050
7051         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7052         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7053
7054         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7055
7056         pgdat->node_id = nid;
7057         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7058         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7059
7060         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7061                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7062                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7063         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7064
7065         alloc_node_mem_map(pgdat);
7066         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7067
7068         free_area_init_core(pgdat);
7069 }
7070
7071 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7072 {
7073         free_area_init_node(nid);
7074 }
7075
7076 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
7077 /*
7078  * Initialize all valid struct pages in the range [spfn, epfn) and mark them
7079  * PageReserved(). Return the number of struct pages that were initialized.
7080  */
7081 static u64 __init init_unavailable_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
7082 {
7083         unsigned long pfn;
7084         u64 pgcnt = 0;
7085
7086         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
7087                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
7088                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
7089                                 + pageblock_nr_pages - 1;
7090                         continue;
7091                 }
7092                 /*
7093                  * Use a fake node/zone (0) for now. Some of these pages
7094                  * (in memblock.reserved but not in memblock.memory) will
7095                  * get re-initialized via reserve_bootmem_region() later.
7096                  */
7097                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, 0, 0);
7098                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
7099                 pgcnt++;
7100         }
7101
7102         return pgcnt;
7103 }
7104
7105 /*
7106  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
7107  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
7108  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
7109  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
7110  * flags). We must explicitly initialize those struct pages.
7111  *
7112  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
7113  * uninitialized because the physical address range is not covered by
7114  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
7115  * layout is manually configured via memmap=, or when the highest physical
7116  * address (max_pfn) does not end on a section boundary.
7117  */
7118 static void __init init_unavailable_mem(void)
7119 {
7120         phys_addr_t start, end;
7121         u64 i, pgcnt;
7122         phys_addr_t next = 0;
7123
7124         /*
7125          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
7126          */
7127         pgcnt = 0;
7128         for_each_mem_range(i, &start, &end) {
7129                 if (next < start)
7130                         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
7131                                                         PFN_UP(start));
7132                 next = end;
7133         }
7134
7135         /*
7136          * Early sections always have a fully populated memmap for the whole
7137          * section - see pfn_valid(). If the last section has holes at the
7138          * end and that section is marked "online", the memmap will be
7139          * considered initialized. Make sure that memmap has a well defined
7140          * state.
7141          */
7142         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
7143                                         round_up(max_pfn, PAGES_PER_SECTION));
7144
7145         /*
7146          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
7147          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
7148          */
7149         if (pgcnt)
7150                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
7151 }
7152 #else
7153 static inline void __init init_unavailable_mem(void)
7154 {
7155 }
7156 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7157
7158 #if MAX_NUMNODES > 1
7159 /*
7160  * Figure out the number of possible node ids.
7161  */
7162 void __init setup_nr_node_ids(void)
7163 {
7164         unsigned int highest;
7165
7166         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7167         nr_node_ids = highest + 1;
7168 }
7169 #endif
7170
7171 /**
7172  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7173  *
7174  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7175  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7176  * all the nodes.
7177  *
7178  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7179  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7180  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7181  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7182  *
7183  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7184  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7185  * populated node map.
7186  *
7187  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7188  * requirement (single node).
7189  */
7190 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7191 {
7192         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7193         unsigned long start, end, mask;
7194         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7195         int i, nid;
7196
7197         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7198                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7199                         last_nid = nid;
7200                         last_end = end;
7201                         continue;
7202                 }
7203
7204                 /*
7205                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7206                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7207                  * too coarse to separate the current node from the last.
7208                  */
7209                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7210                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7211                         mask <<= 1;
7212
7213                 /* accumulate all internode masks */
7214                 accl_mask |= mask;
7215         }
7216
7217         /* convert mask to number of pages */
7218         return ~accl_mask + 1;
7219 }
7220
7221 /**
7222  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7223  *
7224  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7225  * memblock_set_node().
7226  */
7227 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7228 {
7229         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7230 }
7231
7232 /*
7233  * early_calculate_totalpages()
7234  * Sum pages in active regions for movable zone.
7235  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7236  */
7237 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7238 {
7239         unsigned long totalpages = 0;
7240         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7241         int i, nid;
7242
7243         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7244                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7245
7246                 totalpages += pages;
7247                 if (pages)
7248                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7249         }
7250         return totalpages;
7251 }
7252
7253 /*
7254  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7255  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7256  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7257  * others
7258  */
7259 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7260 {
7261         int i, nid;
7262         unsigned long usable_startpfn;
7263         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7264         /* save the state before borrow the nodemask */
7265         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7266         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7267         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7268         struct memblock_region *r;
7269
7270         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7271         find_usable_zone_for_movable();
7272
7273         /*
7274          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7275          * options.
7276          */
7277         if (movable_node_is_enabled()) {
7278                 for_each_mem_region(r) {
7279                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7280                                 continue;
7281
7282                         nid = memblock_get_region_node(r);
7283
7284                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7285                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7286                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7287                                 usable_startpfn;
7288                 }
7289
7290                 goto out2;
7291         }
7292
7293         /*
7294          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7295          */
7296         if (mirrored_kernelcore) {
7297                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7298
7299                 for_each_mem_region(r) {
7300                         if (memblock_is_mirror(r))
7301                                 continue;
7302
7303                         nid = memblock_get_region_node(r);
7304
7305                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7306
7307                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7308                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7309                                 continue;
7310                         }
7311
7312                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7313                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7314                                 usable_startpfn;
7315                 }
7316
7317                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7318                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7319
7320                 goto out2;
7321         }
7322
7323         /*
7324          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7325          * amount of necessary memory.
7326          */
7327         if (required_kernelcore_percent)
7328                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7329                                        10000UL;
7330         if (required_movablecore_percent)
7331                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7332                                         10000UL;
7333
7334         /*
7335          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7336          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7337          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7338          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7339          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7340          * what movablecore would have allowed.
7341          */
7342         if (required_movablecore) {
7343                 unsigned long corepages;
7344
7345                 /*
7346                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7347                  * was requested by the user
7348                  */
7349                 required_movablecore =
7350                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7351                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7352                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7353
7354                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7355         }
7356
7357         /*
7358          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7359          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7360          */
7361         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7362                 goto out;
7363
7364         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7365         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7366
7367 restart:
7368         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7369         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7370         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7371                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7372
7373                 /*
7374                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7375                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7376                  * amount of memory for the kernel
7377                  */
7378                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7379                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7380
7381                 /*
7382                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7383                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7384                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7385                  */
7386                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7387
7388                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7389                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7390                         unsigned long size_pages;
7391
7392                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7393                         if (start_pfn >= end_pfn)
7394                                 continue;
7395
7396                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7397                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7398                                 unsigned long kernel_pages;
7399                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7400                                                                 - start_pfn;
7401
7402                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7403                                                         kernelcore_remaining);
7404                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7405                                                         required_kernelcore);
7406
7407                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7408                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7409
7410                                         /*
7411                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7412                                          * that if we have to rebalance
7413                                          * kernelcore across nodes, we will
7414                                          * not double account here
7415                                          */
7416                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7417                                         continue;
7418                                 }
7419                                 start_pfn = usable_startpfn;
7420                         }
7421
7422                         /*
7423                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7424                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7425                          * number of pages used as kernelcore
7426                          */
7427                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7428                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7429                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7430                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7431
7432                         /*
7433                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7434                          * break if the kernelcore for this node has been
7435                          * satisfied
7436                          */
7437                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7438                                                                 size_pages);
7439                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7440                         if (!kernelcore_remaining)
7441                                 break;
7442                 }
7443         }
7444
7445         /*
7446          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7447          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7448          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7449          * satisfied
7450          */
7451         usable_nodes--;
7452         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7453                 goto restart;
7454
7455 out2:
7456         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7457         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7458                 zone_movable_pfn[nid] =
7459                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7460
7461 out:
7462         /* restore the node_state */
7463         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7464 }
7465
7466 /* Any regular or high memory on that node ? */
7467 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7468 {
7469         enum zone_type zone_type;
7470
7471         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7472                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7473                 if (populated_zone(zone)) {
7474                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7475                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7476                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7477                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7478                         break;
7479                 }
7480         }
7481 }
7482
7483 /*
7484  * Some architecturs, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7485  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7486  */
7487 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7488 {
7489         return false;
7490 }
7491
7492 /**
7493  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7494  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7495  *
7496  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7497  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7498  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7499  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7500  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7501  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7502  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7503  * at arch_max_dma_pfn.
7504  */
7505 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7506 {
7507         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7508         int i, nid, zone;
7509         bool descending;
7510
7511         /* Record where the zone boundaries are */
7512         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7513                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7514         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7515                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7516
7517         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7518         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7519
7520         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7521                 if (descending)
7522                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7523                 else
7524                         zone = i;
7525
7526                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7527                         continue;
7528
7529                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7530                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7531                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7532
7533                 start_pfn = end_pfn;
7534         }
7535
7536         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7537         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7538         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7539
7540         /* Print out the zone ranges */
7541         pr_info("Zone ranges:\n");
7542         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7543                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7544                         continue;
7545                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7546                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7547                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7548                         pr_cont("empty\n");
7549                 else
7550                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7551                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7552                                         << PAGE_SHIFT,
7553                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7554                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7555         }
7556
7557         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7558         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7559         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7560                 if (zone_movable_pfn[i])
7561                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7562                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7563         }
7564
7565         /*
7566          * Print out the early node map, and initialize the
7567          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7568          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7569          */
7570         pr_info("Early memory node ranges\n");
7571         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7572                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7573                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7574                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7575                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7576         }
7577
7578         /* Initialise every node */
7579         mminit_verify_pageflags_layout();
7580         setup_nr_node_ids();
7581         init_unavailable_mem();
7582         for_each_online_node(nid) {
7583                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7584                 free_area_init_node(nid);
7585
7586                 /* Any memory on that node */
7587                 if (pgdat->node_present_pages)
7588                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7589                 check_for_memory(pgdat, nid);
7590         }
7591 }
7592
7593 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7594                                      unsigned long *percent)
7595 {
7596         unsigned long long coremem;
7597         char *endptr;
7598
7599         if (!p)
7600                 return -EINVAL;
7601
7602         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7603         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7604         if (*endptr == '%') {
7605                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7606                 WARN_ON(coremem > 100);
7607
7608                 *percent = coremem;
7609         } else {
7610                 coremem = memparse(p, &p);
7611                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7612                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7613
7614                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7615                 *percent = 0UL;
7616         }
7617         return 0;
7618 }
7619
7620 /*
7621  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7622  * cannot be reclaimed or migrated.
7623  */
7624 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7625 {
7626         /* parse kernelcore=mirror */
7627         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7628                 mirrored_kernelcore = true;
7629                 return 0;
7630         }
7631
7632         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7633                                   &required_kernelcore_percent);
7634 }
7635
7636 /*
7637  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7638  * can be reclaimed or migrated.
7639  */
7640 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7641 {
7642         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7643                                   &required_movablecore_percent);
7644 }
7645
7646 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7647 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7648
7649 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7650 {
7651         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7652         totalram_pages_add(count);
7653 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7654         if (PageHighMem(page))
7655                 totalhigh_pages_add(count);
7656 #endif
7657 }
7658 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7659
7660 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7661 {
7662         void *pos;
7663         unsigned long pages = 0;
7664
7665         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7666         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7667         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7668                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7669                 void *direct_map_addr;
7670
7671                 /*
7672                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7673                  * because some architectures' virt_to_page()
7674                  * work with aliases.  Getting the direct map
7675                  * address ensures that we get a _writeable_
7676                  * alias for the memset().
7677                  */
7678                 direct_map_addr = page_address(page);
7679                 /*
7680                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
7681                  * has not been initialized.
7682                  */
7683                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
7684                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7685                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7686
7687                 free_reserved_page(page);
7688         }
7689
7690         if (pages && s)
7691                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7692                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7693
7694         return pages;
7695 }
7696
7697 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7698 void free_highmem_page(struct page *page)
7699 {
7700         __free_reserved_page(page);
7701         totalram_pages_inc();
7702         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7703         totalhigh_pages_inc();
7704 }
7705 #endif
7706
7707
7708 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7709 {
7710         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7711         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7712
7713         physpages = get_num_physpages();
7714         codesize = _etext - _stext;
7715         datasize = _edata - _sdata;
7716         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7717         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7718         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7719         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7720
7721         /*
7722          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7723          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7724          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7725          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7726          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7727          */
7728 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7729         do { \
7730                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7731                         size -= adj; \
7732         } while (0)
7733
7734         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7735                      _sinittext, init_code_size);
7736         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7737         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7738         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7739         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7740
7741 #undef  adj_init_size
7742
7743         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7744 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7745                 ", %luK highmem"
7746 #endif
7747                 "%s%s)\n",
7748                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7749                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7750                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7751                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7752                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7753                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7754 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7755                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7756 #endif
7757                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7758 }
7759
7760 /**
7761  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7762  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7763  *
7764  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7765  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7766  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7767  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7768  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7769  * smaller per-cpu batchsize.
7770  */
7771 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7772 {
7773         dma_reserve = new_dma_reserve;
7774 }
7775
7776 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7777 {
7778
7779         lru_add_drain_cpu(cpu);
7780         drain_pages(cpu);
7781
7782         /*
7783          * Spill the event counters of the dead processor
7784          * into the current processors event counters.
7785          * This artificially elevates the count of the current
7786          * processor.
7787          */
7788         vm_events_fold_cpu(cpu);
7789
7790         /*
7791          * Zero the differential counters of the dead processor
7792          * so that the vm statistics are consistent.
7793          *
7794          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7795          * race with what we are doing.
7796          */
7797         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7798         return 0;
7799 }
7800
7801 #ifdef CONFIG_NUMA
7802 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7803
7804 static int __init set_hashdist(char *str)
7805 {
7806         if (!str)
7807                 return 0;
7808         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7809         return 1;
7810 }
7811 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7812 #endif
7813
7814 void __init page_alloc_init(void)
7815 {
7816         int ret;
7817
7818 #ifdef CONFIG_NUMA
7819         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7820                 hashdist = 0;
7821 #endif
7822
7823         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7824                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7825                                         page_alloc_cpu_dead);
7826         WARN_ON(ret < 0);
7827 }
7828
7829 /*
7830  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7831  *      or min_free_kbytes changes.
7832  */
7833 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7834 {
7835         struct pglist_data *pgdat;
7836         unsigned long reserve_pages = 0;
7837         enum zone_type i, j;
7838
7839         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7840
7841                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7842
7843                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7844                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7845                         long max = 0;
7846                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7847
7848                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7849                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7850                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7851                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7852                         }
7853
7854                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7855                         max += high_wmark_pages(zone);
7856
7857                         if (max > managed_pages)
7858                                 max = managed_pages;
7859
7860                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7861
7862                         reserve_pages += max;
7863                 }
7864         }
7865         totalreserve_pages = reserve_pages;
7866 }
7867
7868 /*
7869  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7870  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7871  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7872  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7873  */
7874 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7875 {
7876         struct pglist_data *pgdat;
7877         enum zone_type i, j;
7878
7879         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7880                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
7881                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
7882                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
7883                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
7884                         unsigned long managed_pages = 0;
7885
7886                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7887                                 if (clear) {
7888                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7889                                 } else {
7890                                         struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
7891
7892                                         managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
7893                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
7894                                 }
7895                         }
7896                 }
7897         }
7898
7899         /* update totalreserve_pages */
7900         calculate_totalreserve_pages();
7901 }
7902
7903 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7904 {
7905         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7906         unsigned long lowmem_pages = 0;
7907         struct zone *zone;
7908         unsigned long flags;
7909
7910         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7911         for_each_zone(zone) {
7912                 if (!is_highmem(zone))
7913                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7914         }
7915
7916         for_each_zone(zone) {
7917                 u64 tmp;
7918
7919                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7920                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7921                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7922                 if (is_highmem(zone)) {
7923                         /*
7924                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7925                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7926                          * value here.
7927                          *
7928                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7929                          * deltas control async page reclaim, and so should
7930                          * not be capped for highmem.
7931                          */
7932                         unsigned long min_pages;
7933
7934                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7935                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7936                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7937                 } else {
7938                         /*
7939                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7940                          * proportionate to the zone's size.
7941                          */
7942                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7943                 }
7944
7945                 /*
7946                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7947                  * scale factor in proportion to available memory, but
7948                  * ensure a minimum size on small systems.
7949                  */
7950                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7951                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7952                                       watermark_scale_factor, 10000));
7953
7954                 zone->watermark_boost = 0;
7955                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7956                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7957
7958                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7959         }
7960
7961         /* update totalreserve_pages */
7962         calculate_totalreserve_pages();
7963 }
7964
7965 /**
7966  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7967  * or when memory is hot-{added|removed}
7968  *
7969  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7970  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7971  */
7972 void setup_per_zone_wmarks(void)
7973 {
7974         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7975
7976         spin_lock(&lock);
7977         __setup_per_zone_wmarks();
7978         spin_unlock(&lock);
7979 }
7980
7981 /*
7982  * Initialise min_free_kbytes.
7983  *
7984  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7985  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
7986  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7987  *
7988  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7989  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7990  *
7991  * which yields
7992  *
7993  * 16MB:        512k
7994  * 32MB:        724k
7995  * 64MB:        1024k
7996  * 128MB:       1448k
7997  * 256MB:       2048k
7998  * 512MB:       2896k
7999  * 1024MB:      4096k
8000  * 2048MB:      5792k
8001  * 4096MB:      8192k
8002  * 8192MB:      11584k
8003  * 16384MB:     16384k
8004  */
8005 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8006 {
8007         unsigned long lowmem_kbytes;
8008         int new_min_free_kbytes;
8009
8010         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8011         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8012
8013         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
8014                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
8015                 if (min_free_kbytes < 128)
8016                         min_free_kbytes = 128;
8017                 if (min_free_kbytes > 262144)
8018                         min_free_kbytes = 262144;
8019         } else {
8020                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8021                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8022         }
8023         setup_per_zone_wmarks();
8024         refresh_zone_stat_thresholds();
8025         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8026
8027 #ifdef CONFIG_NUMA
8028         setup_min_unmapped_ratio();
8029         setup_min_slab_ratio();
8030 #endif
8031
8032         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8033
8034         return 0;
8035 }
8036 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8037
8038 /*
8039  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8040  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8041  *      changes.
8042  */
8043 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8044                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8045 {
8046         int rc;
8047
8048         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8049         if (rc)
8050                 return rc;
8051
8052         if (write) {
8053                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8054                 setup_per_zone_wmarks();
8055         }
8056         return 0;
8057 }
8058
8059 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8060                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8061 {
8062         int rc;
8063
8064         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8065         if (rc)
8066                 return rc;
8067
8068         if (write)
8069                 setup_per_zone_wmarks();
8070
8071         return 0;
8072 }
8073
8074 #ifdef CONFIG_NUMA
8075 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8076 {
8077         pg_data_t *pgdat;
8078         struct zone *zone;
8079
8080         for_each_online_pgdat(pgdat)
8081                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8082
8083         for_each_zone(zone)
8084                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8085                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8086 }
8087
8088
8089 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8090                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8091 {
8092         int rc;
8093
8094         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8095         if (rc)
8096                 return rc;
8097
8098         setup_min_unmapped_ratio();
8099
8100         return 0;
8101 }
8102
8103 static void setup_min_slab_ratio(void)
8104 {
8105         pg_data_t *pgdat;
8106         struct zone *zone;
8107
8108         for_each_online_pgdat(pgdat)
8109                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8110
8111         for_each_zone(zone)
8112                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8113                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8114 }
8115
8116 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8117                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8118 {
8119         int rc;
8120
8121         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8122         if (rc)
8123                 return rc;
8124
8125         setup_min_slab_ratio();
8126
8127         return 0;
8128 }
8129 #endif
8130
8131 /*
8132  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8133  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8134  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8135  *
8136  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8137  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8138  * if in function of the boot time zone sizes.
8139  */
8140 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8141                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8142 {
8143         int i;
8144
8145         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8146
8147         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8148                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8149                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8150         }
8151
8152         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8153         return 0;
8154 }
8155
8156 /*
8157  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8158  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8159  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8160  */
8161 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8162                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8163 {
8164         struct zone *zone;
8165         int old_percpu_pagelist_fraction;
8166         int ret;
8167
8168         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8169         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8170
8171         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8172         if (!write || ret < 0)
8173                 goto out;
8174
8175         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8176         if (percpu_pagelist_fraction &&
8177             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8178                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8179                 ret = -EINVAL;
8180                 goto out;
8181         }
8182
8183         /* No change? */
8184         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8185                 goto out;
8186
8187         for_each_populated_zone(zone)
8188                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone);
8189 out:
8190         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8191         return ret;
8192 }
8193
8194 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8195 /*
8196  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8197  * is not known to alloc_large_system_hash().
8198  */
8199 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8200 {
8201         return 0;
8202 }
8203 #endif
8204
8205 /*
8206  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8207  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8208  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8209  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8210  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8211  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8212  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8213  */
8214 #if __BITS_PER_LONG > 32
8215 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8216 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8217 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8218 #endif
8219
8220 /*
8221  * allocate a large system hash table from bootmem
8222  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8223  *   quantity of entries
8224  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8225  */
8226 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8227                                      unsigned long bucketsize,
8228                                      unsigned long numentries,
8229                                      int scale,
8230                                      int flags,
8231                                      unsigned int *_hash_shift,
8232                                      unsigned int *_hash_mask,
8233                                      unsigned long low_limit,
8234                                      unsigned long high_limit)
8235 {
8236         unsigned long long max = high_limit;
8237         unsigned long log2qty, size;
8238         void *table = NULL;
8239         gfp_t gfp_flags;
8240         bool virt;
8241
8242         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8243         if (!numentries) {
8244                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8245                 numentries = nr_kernel_pages;
8246                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8247
8248                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8249                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8250                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8251
8252 #if __BITS_PER_LONG > 32
8253                 if (!high_limit) {
8254                         unsigned long adapt;
8255
8256                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8257                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8258                                 scale++;
8259                 }
8260 #endif
8261
8262                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8263                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8264                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8265                 else
8266                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8267
8268                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8269                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8270                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8271                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8272                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8273                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8274                                 BUG_ON(!numentries);
8275                         }
8276                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8277                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8278         }
8279         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8280
8281         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8282         if (max == 0) {
8283                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8284                 do_div(max, bucketsize);
8285         }
8286         max = min(max, 0x80000000ULL);
8287
8288         if (numentries < low_limit)
8289                 numentries = low_limit;
8290         if (numentries > max)
8291                 numentries = max;
8292
8293         log2qty = ilog2(numentries);
8294
8295         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8296         do {
8297                 virt = false;
8298                 size = bucketsize << log2qty;
8299                 if (flags & HASH_EARLY) {
8300                         if (flags & HASH_ZERO)
8301                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8302                         else
8303                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8304                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8305                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8306                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8307                         virt = true;
8308                 } else {
8309                         /*
8310                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8311                          * some pages at the end of hash table which
8312                          * alloc_pages_exact() automatically does
8313                          */
8314                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8315                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8316                 }
8317         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8318
8319         if (!table)
8320                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8321
8322         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8323                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8324                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8325
8326         if (_hash_shift)
8327                 *_hash_shift = log2qty;
8328         if (_hash_mask)
8329                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8330
8331         return table;
8332 }
8333
8334 /*
8335  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8336  *
8337  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8338  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8339  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8340  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8341  *
8342  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8343  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8344  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8345  *
8346  */
8347 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8348                                  int migratetype, int flags)
8349 {
8350         unsigned long iter = 0;
8351         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8352         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8353
8354         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8355                 /*
8356                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8357                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8358                  * so consider them movable here.
8359                  */
8360                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8361                         return NULL;
8362
8363                 return page;
8364         }
8365
8366         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8367                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8368                         continue;
8369
8370                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8371
8372                 /*
8373                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8374                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8375                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8376                  * specifying "movablecore".
8377                  */
8378                 if (PageReserved(page))
8379                         return page;
8380
8381                 /*
8382                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8383                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8384                  * is movable.
8385                  */
8386                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8387                         continue;
8388
8389                 /*
8390                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8391                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8392                  * We need not scan over tail pages because we don't
8393                  * handle each tail page individually in migration.
8394                  */
8395                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8396                         struct page *head = compound_head(page);
8397                         unsigned int skip_pages;
8398
8399                         if (PageHuge(page)) {
8400                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8401                                         return page;
8402                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8403                                 return page;
8404                         }
8405
8406                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8407                         iter += skip_pages - 1;
8408                         continue;
8409                 }
8410
8411                 /*
8412                  * We can't use page_count without pin a page
8413                  * because another CPU can free compound page.
8414                  * This check already skips compound tails of THP
8415                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8416                  */
8417                 if (!page_ref_count(page)) {
8418                         if (PageBuddy(page))
8419                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8420                         continue;
8421                 }
8422
8423                 /*
8424                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8425                  * page_count() is not 0.
8426                  */
8427                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8428                         continue;
8429
8430                 /*
8431                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8432                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8433                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8434                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8435                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8436                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8437                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8438                  * (false negatives in this function only)
8439                  */
8440                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8441                         continue;
8442
8443                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8444                         continue;
8445
8446                 /*
8447                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8448                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8449                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8450                  */
8451                 return page;
8452         }
8453         return NULL;
8454 }
8455
8456 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8457 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8458 {
8459         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8460                              pageblock_nr_pages) - 1);
8461 }
8462
8463 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8464 {
8465         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8466                                 pageblock_nr_pages));
8467 }
8468
8469 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8470 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8471                                         unsigned long start, unsigned long end)
8472 {
8473         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8474         unsigned int nr_reclaimed;
8475         unsigned long pfn = start;
8476         unsigned int tries = 0;
8477         int ret = 0;
8478         struct migration_target_control mtc = {
8479                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
8480                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
8481         };
8482
8483         migrate_prep();
8484
8485         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8486                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8487                         ret = -EINTR;
8488                         break;
8489                 }
8490
8491                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8492                         cc->nr_migratepages = 0;
8493                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8494                         if (!pfn) {
8495                                 ret = -EINTR;
8496                                 break;
8497                         }
8498                         tries = 0;
8499                 } else if (++tries == 5) {
8500                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8501                         break;
8502                 }
8503
8504                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8505                                                         &cc->migratepages);
8506                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8507
8508                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
8509                                 NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8510         }
8511         if (ret < 0) {
8512                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8513                 return ret;
8514         }
8515         return 0;
8516 }
8517
8518 /**
8519  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8520  * @start:      start PFN to allocate
8521  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8522  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8523  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8524  *                      in range must have the same migratetype and it must
8525  *                      be either of the two.
8526  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8527  *
8528  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8529  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8530  *
8531  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8532  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8533  * be modified by others.
8534  *
8535  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8536  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8537  * need to be freed with free_contig_range().
8538  */
8539 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8540                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8541 {
8542         unsigned long outer_start, outer_end;
8543         unsigned int order;
8544         int ret = 0;
8545
8546         struct compact_control cc = {
8547                 .nr_migratepages = 0,
8548                 .order = -1,
8549                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8550                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8551                 .ignore_skip_hint = true,
8552                 .no_set_skip_hint = true,
8553                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8554                 .alloc_contig = true,
8555         };
8556         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8557
8558         /*
8559          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8560          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8561          * have different sizes, and due to the way page allocator
8562          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8563          * that page allocator won't try to merge buddies from
8564          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8565          * other migration type.
8566          *
8567          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8568          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8569          * we are interested in).  This will put all the pages in
8570          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8571          *
8572          * When this is done, we take the pages in range from page
8573          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8574          * page allocator will never consider using them.
8575          *
8576          * This lets us mark the pageblocks back as
8577          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8578          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8579          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8580          */
8581
8582         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8583                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8584         if (ret)
8585                 return ret;
8586
8587         drain_all_pages(cc.zone);
8588
8589         /*
8590          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8591          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8592          * which will report the busy page.
8593          *
8594          * It is possible that busy pages could become available before
8595          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8596          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8597          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8598          */
8599         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8600         if (ret && ret != -EBUSY)
8601                 goto done;
8602         ret =0;
8603
8604         /*
8605          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8606          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8607          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8608          * What we are going to do is to allocate all pages from
8609          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8610          *
8611          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8612          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8613          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8614          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8615          * once this is done free the pages we are not interested in.
8616          *
8617          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8618          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8619          */
8620
8621         lru_add_drain_all();
8622
8623         order = 0;
8624         outer_start = start;
8625         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8626                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8627                         outer_start = start;
8628                         break;
8629                 }
8630                 outer_start &= ~0UL << order;
8631         }
8632
8633         if (outer_start != start) {
8634                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
8635
8636                 /*
8637                  * outer_start page could be small order buddy page and
8638                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8639                  * in this case to report failed page properly
8640                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8641                  */
8642                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8643                         outer_start = start;
8644         }
8645
8646         /* Make sure the range is really isolated. */
8647         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8648                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8649                         __func__, outer_start, end);
8650                 ret = -EBUSY;
8651                 goto done;
8652         }
8653
8654         /* Grab isolated pages from freelists. */
8655         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8656         if (!outer_end) {
8657                 ret = -EBUSY;
8658                 goto done;
8659         }
8660
8661         /* Free head and tail (if any) */
8662         if (start != outer_start)
8663                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8664         if (end != outer_end)
8665                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8666
8667 done:
8668         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8669                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8670         return ret;
8671 }
8672 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
8673
8674 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8675                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8676 {
8677         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8678
8679         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8680                                   gfp_mask);
8681 }
8682
8683 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8684                                    unsigned long nr_pages)
8685 {
8686         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8687         struct page *page;
8688
8689         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8690                 page = pfn_to_online_page(i);
8691                 if (!page)
8692                         return false;
8693
8694                 if (page_zone(page) != z)
8695                         return false;
8696
8697                 if (PageReserved(page))
8698                         return false;
8699
8700                 if (page_count(page) > 0)
8701                         return false;
8702
8703                 if (PageHuge(page))
8704                         return false;
8705         }
8706         return true;
8707 }
8708
8709 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8710                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8711 {
8712         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8713
8714         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8715 }
8716
8717 /**
8718  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8719  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8720  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8721  * @nid:        Target node
8722  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8723  *
8724  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8725  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8726  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8727  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8728  *
8729  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8730  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8731  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8732  *
8733  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8734  * __free_page() on each allocated page.
8735  *
8736  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8737  */
8738 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8739                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8740 {
8741         unsigned long ret, pfn, flags;
8742         struct zonelist *zonelist;
8743         struct zone *zone;
8744         struct zoneref *z;
8745
8746         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
8747         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
8748                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
8749                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8750
8751                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
8752                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
8753                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
8754                                 /*
8755                                  * We release the zone lock here because
8756                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
8757                                  * at some point. If there's an allocation
8758                                  * spinning on this lock, it may win the race
8759                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
8760                                  */
8761                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8762                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
8763                                                         gfp_mask);
8764                                 if (!ret)
8765                                         return pfn_to_page(pfn);
8766                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8767                         }
8768                         pfn += nr_pages;
8769                 }
8770                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8771         }
8772         return NULL;
8773 }
8774 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8775
8776 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8777 {
8778         unsigned int count = 0;
8779
8780         for (; nr_pages--; pfn++) {
8781                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8782
8783                 count += page_count(page) != 1;
8784                 __free_page(page);
8785         }
8786         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8787 }
8788 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
8789
8790 /*
8791  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8792  * page high values need to be recalulated.
8793  */
8794 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8795 {
8796         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8797         zone_set_pageset_high_and_batch(zone);
8798         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8799 }
8800
8801 /*
8802  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
8803  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
8804  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
8805  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
8806  *
8807  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
8808  */
8809 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
8810 {
8811         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8812         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
8813         __drain_all_pages(zone, true);
8814 }
8815
8816 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
8817 {
8818         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
8819         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8820 }
8821
8822 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8823 {
8824         unsigned long flags;
8825         int cpu;
8826         struct per_cpu_pageset *pset;
8827
8828         /* avoid races with drain_pages()  */
8829         local_irq_save(flags);
8830         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8831                 for_each_online_cpu(cpu) {
8832                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8833                         drain_zonestat(zone, pset);
8834                 }
8835                 free_percpu(zone->pageset);
8836                 zone->pageset = &boot_pageset;
8837         }
8838         local_irq_restore(flags);
8839 }
8840
8841 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8842 /*
8843  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
8844  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
8845  */
8846 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8847 {
8848         unsigned long pfn = start_pfn;
8849         struct page *page;
8850         struct zone *zone;
8851         unsigned int order;
8852         unsigned long flags;
8853
8854         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8855         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8856         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8857         while (pfn < end_pfn) {
8858                 page = pfn_to_page(pfn);
8859                 /*
8860                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8861                  * page_count() is not 0.
8862                  */
8863                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8864                         pfn++;
8865                         continue;
8866                 }
8867                 /*
8868                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
8869                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
8870                  */
8871                 if (PageOffline(page)) {
8872                         BUG_ON(page_count(page));
8873                         BUG_ON(PageBuddy(page));
8874                         pfn++;
8875                         continue;
8876                 }
8877
8878                 BUG_ON(page_count(page));
8879                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8880                 order = buddy_order(page);
8881                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
8882                 pfn += (1 << order);
8883         }
8884         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8885 }
8886 #endif
8887
8888 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8889 {
8890         struct zone *zone = page_zone(page);
8891         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8892         unsigned long flags;
8893         unsigned int order;
8894
8895         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8896         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8897                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8898
8899                 if (PageBuddy(page_head) && buddy_order(page_head) >= order)
8900                         break;
8901         }
8902         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8903
8904         return order < MAX_ORDER;
8905 }
8906
8907 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8908 /*
8909  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
8910  * buddy allocator.
8911  */
8912 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8913                                    struct page *target, int low, int high,
8914                                    int migratetype)
8915 {
8916         unsigned long size = 1 << high;
8917         struct page *current_buddy, *next_page;
8918
8919         while (high > low) {
8920                 high--;
8921                 size >>= 1;
8922
8923                 if (target >= &page[size]) {
8924                         next_page = page + size;
8925                         current_buddy = page;
8926                 } else {
8927                         next_page = page;
8928                         current_buddy = page + size;
8929                 }
8930
8931                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
8932                         continue;
8933
8934                 if (current_buddy != target) {
8935                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
8936                         set_buddy_order(current_buddy, high);
8937                         page = next_page;
8938                 }
8939         }
8940 }
8941
8942 /*
8943  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
8944  */
8945 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
8946 {
8947         struct zone *zone = page_zone(page);
8948         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8949         unsigned long flags;
8950         unsigned int order;
8951         bool ret = false;
8952
8953         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8954         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8955                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8956                 int page_order = buddy_order(page_head);
8957
8958                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
8959                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
8960                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
8961                                                                    pfn_head);
8962
8963                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
8964                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
8965                                                 page_order, migratetype);
8966                         ret = true;
8967                         break;
8968                 }
8969                 if (page_count(page_head) > 0)
8970                         break;
8971         }
8972         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8973         return ret;
8974 }
8975 #endif