0817d88383d5e9c6fccf798f6e8619b16a5b73ec
[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 #include <asm/sections.h>
76 #include <asm/tlbflush.h>
77 #include <asm/div64.h>
78 #include "internal.h"
79 #include "shuffle.h"
80 #include "page_reporting.h"
81
82 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
83 typedef int __bitwise fpi_t;
84
85 /* No special request */
86 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
87
88 /*
89  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
90  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
91  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
92  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
93  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
94  * putting it back unmodified.
95  */
96 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
97
98 /*
99  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
100  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
101  * shuffle the whole zone).
102  *
103  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
104  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
105  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
106  *       reporting).
107  */
108 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
109
110 /*
111  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
112  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
113  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
114  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
115  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
116  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
117  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
118  */
119 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
120
121 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
122 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
123 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
124
125 struct pagesets {
126         local_lock_t lock;
127 #if defined(CONFIG_DEBUG_INFO_BTF) &&                           \
128         !defined(CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC) &&                    \
129         !defined(CONFIG_PAHOLE_HAS_ZEROSIZE_PERCPU_SUPPORT)
130         /*
131          * pahole 1.21 and earlier gets confused by zero-sized per-CPU
132          * variables and produces invalid BTF. Ensure that
133          * sizeof(struct pagesets) != 0 for older versions of pahole.
134          */
135         char __pahole_hack;
136         #warning "pahole too old to support zero-sized struct pagesets"
137 #endif
138 };
139 static DEFINE_PER_CPU(struct pagesets, pagesets) = {
140         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
141 };
142
143 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
144 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
145 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
146 #endif
147
148 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
149
150 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
151 /*
152  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
153  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
154  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
155  * defined in <linux/topology.h>.
156  */
157 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
158 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
159 #endif
160
161 /* work_structs for global per-cpu drains */
162 struct pcpu_drain {
163         struct zone *zone;
164         struct work_struct work;
165 };
166 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
167 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
168
169 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
170 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
171 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
172 #endif
173
174 /*
175  * Array of node states.
176  */
177 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
178         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
179         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
180 #ifndef CONFIG_NUMA
181         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
182 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
183         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
184 #endif
185         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
186         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
187 #endif  /* NUMA */
188 };
189 EXPORT_SYMBOL(node_states);
190
191 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
192 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
193 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
194 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
195
196 int percpu_pagelist_high_fraction;
197 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
198 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
199 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
200
201 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
202 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
203
204 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
205                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
206 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
207 {
208
209         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
210 }
211 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
212
213 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
214                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
215 static int __init early_init_on_free(char *buf)
216 {
217         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
218 }
219 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
220
221 /*
222  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
223  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
224  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
225  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
226  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
227  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
228  */
229 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
230 {
231         return page->index;
232 }
233
234 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
235 {
236         page->index = migratetype;
237 }
238
239 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
240 /*
241  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
242  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
243  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
244  * they should always be called with system_transition_mutex held
245  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
246  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
247  * with that modification).
248  */
249
250 static gfp_t saved_gfp_mask;
251
252 void pm_restore_gfp_mask(void)
253 {
254         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
255         if (saved_gfp_mask) {
256                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
257                 saved_gfp_mask = 0;
258         }
259 }
260
261 void pm_restrict_gfp_mask(void)
262 {
263         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
264         WARN_ON(saved_gfp_mask);
265         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
266         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
267 }
268
269 bool pm_suspended_storage(void)
270 {
271         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
272                 return false;
273         return true;
274 }
275 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
276
277 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
278 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
279 #endif
280
281 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
282                             fpi_t fpi_flags);
283
284 /*
285  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
286  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
287  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
288  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
289  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
290  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
291  *
292  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
293  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
294  */
295 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
296 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
297         [ZONE_DMA] = 256,
298 #endif
299 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
300         [ZONE_DMA32] = 256,
301 #endif
302         [ZONE_NORMAL] = 32,
303 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
304         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
305 #endif
306         [ZONE_MOVABLE] = 0,
307 };
308
309 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
310 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
311          "DMA",
312 #endif
313 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
314          "DMA32",
315 #endif
316          "Normal",
317 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
318          "HighMem",
319 #endif
320          "Movable",
321 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
322          "Device",
323 #endif
324 };
325
326 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
327         "Unmovable",
328         "Movable",
329         "Reclaimable",
330         "HighAtomic",
331 #ifdef CONFIG_CMA
332         "CMA",
333 #endif
334 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
335         "Isolate",
336 #endif
337 };
338
339 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
340         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
341         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
342 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
343         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
344 #endif
345 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
346         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
347 #endif
348 };
349
350 int min_free_kbytes = 1024;
351 int user_min_free_kbytes = -1;
352 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
353 int watermark_scale_factor = 10;
354
355 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
356 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
357 static unsigned long dma_reserve __initdata;
358
359 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
360 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
361 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
362 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
363 static unsigned long required_movablecore __initdata;
364 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
365 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
366 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
367
368 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
369 int movable_zone;
370 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
371
372 #if MAX_NUMNODES > 1
373 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
374 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
375 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
376 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
377 #endif
378
379 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
380
381 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
382 /*
383  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
384  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
385  * and we can permanently disable that path.
386  */
387 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
388
389 /*
390  * Calling kasan_poison_pages() only after deferred memory initialization
391  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
392  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
393  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
394  *
395  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
396  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
397  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
398  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
399  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
400  * initialization is done, but this is not likely to happen.
401  */
402 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
403 {
404         return static_branch_unlikely(&deferred_pages) ||
405                (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
406                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
407                PageSkipKASanPoison(page);
408 }
409
410 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
411 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
412 {
413         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
414
415         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
416                 return true;
417
418         return false;
419 }
420
421 /*
422  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
423  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
424  */
425 static bool __meminit
426 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
427 {
428         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
429
430         /*
431          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
432          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
433          */
434         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
435                 prev_end_pfn = end_pfn;
436                 nr_initialised = 0;
437         }
438
439         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
440         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
441                 return false;
442
443         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
444                 return true;
445         /*
446          * We start only with one section of pages, more pages are added as
447          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
448          */
449         nr_initialised++;
450         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
451             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
452                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
453                 return true;
454         }
455         return false;
456 }
457 #else
458 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
459 {
460         return (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
461                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
462                PageSkipKASanPoison(page);
463 }
464
465 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
466 {
467         return false;
468 }
469
470 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
471 {
472         return false;
473 }
474 #endif
475
476 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
477 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
478                                                         unsigned long pfn)
479 {
480 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
481         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
482 #else
483         return page_zone(page)->pageblock_flags;
484 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
485 }
486
487 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
488 {
489 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
490         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
491 #else
492         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
493 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
494         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
495 }
496
497 static __always_inline
498 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
499                                         unsigned long pfn,
500                                         unsigned long mask)
501 {
502         unsigned long *bitmap;
503         unsigned long bitidx, word_bitidx;
504         unsigned long word;
505
506         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
507         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
508         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
509         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
510
511         word = bitmap[word_bitidx];
512         return (word >> bitidx) & mask;
513 }
514
515 /**
516  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
517  * @page: The page within the block of interest
518  * @pfn: The target page frame number
519  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
520  *
521  * Return: pageblock_bits flags
522  */
523 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
524                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
525 {
526         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
527 }
528
529 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
530                                         unsigned long pfn)
531 {
532         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
533 }
534
535 /**
536  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
537  * @page: The page within the block of interest
538  * @flags: The flags to set
539  * @pfn: The target page frame number
540  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
541  */
542 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
543                                         unsigned long pfn,
544                                         unsigned long mask)
545 {
546         unsigned long *bitmap;
547         unsigned long bitidx, word_bitidx;
548         unsigned long old_word, word;
549
550         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
551         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
552
553         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
554         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
555         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
556         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
557
558         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
559
560         mask <<= bitidx;
561         flags <<= bitidx;
562
563         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
564         for (;;) {
565                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
566                 if (word == old_word)
567                         break;
568                 word = old_word;
569         }
570 }
571
572 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
573 {
574         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
575                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
576                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
577
578         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
579                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
580 }
581
582 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
583 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
584 {
585         int ret = 0;
586         unsigned seq;
587         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
588         unsigned long sp, start_pfn;
589
590         do {
591                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
592                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
593                 sp = zone->spanned_pages;
594                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
595                         ret = 1;
596         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
597
598         if (ret)
599                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
600                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
601                         start_pfn, start_pfn + sp);
602
603         return ret;
604 }
605
606 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
607 {
608         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
609                 return 0;
610         if (zone != page_zone(page))
611                 return 0;
612
613         return 1;
614 }
615 /*
616  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
617  */
618 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
619 {
620         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
621                 return 1;
622         if (!page_is_consistent(zone, page))
623                 return 1;
624
625         return 0;
626 }
627 #else
628 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
629 {
630         return 0;
631 }
632 #endif
633
634 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
635 {
636         static unsigned long resume;
637         static unsigned long nr_shown;
638         static unsigned long nr_unshown;
639
640         /*
641          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
642          * or allow a steady drip of one report per second.
643          */
644         if (nr_shown == 60) {
645                 if (time_before(jiffies, resume)) {
646                         nr_unshown++;
647                         goto out;
648                 }
649                 if (nr_unshown) {
650                         pr_alert(
651                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
652                                 nr_unshown);
653                         nr_unshown = 0;
654                 }
655                 nr_shown = 0;
656         }
657         if (nr_shown++ == 0)
658                 resume = jiffies + 60 * HZ;
659
660         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
661                 current->comm, page_to_pfn(page));
662         dump_page(page, reason);
663
664         print_modules();
665         dump_stack();
666 out:
667         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
668         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
669         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
670 }
671
672 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
673 {
674         int base = order;
675
676 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
677         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
678                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
679                 base = PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER + 1;
680         }
681 #else
682         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
683 #endif
684
685         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
686 }
687
688 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
689 {
690         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
691
692 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
693         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
694                 order = pageblock_order;
695                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
696         }
697 #else
698         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
699 #endif
700
701         return order;
702 }
703
704 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
705 {
706         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
707                 return true;
708 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
709         if (order == pageblock_order)
710                 return true;
711 #endif
712         return false;
713 }
714
715 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
716 {
717         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
718                 free_unref_page(page, order);
719         else
720                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
721 }
722
723 /*
724  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
725  *
726  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
727  *
728  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
729  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
730  *
731  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
732  * page destructors. See compound_page_dtors.
733  *
734  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
735  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
736  */
737
738 void free_compound_page(struct page *page)
739 {
740         mem_cgroup_uncharge(page);
741         free_the_page(page, compound_order(page));
742 }
743
744 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
745 {
746         int i;
747         int nr_pages = 1 << order;
748
749         __SetPageHead(page);
750         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
751                 struct page *p = page + i;
752                 set_page_count(p, 0);
753                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
754                 set_compound_head(p, page);
755         }
756
757         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
758         set_compound_order(page, order);
759         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
760         if (hpage_pincount_available(page))
761                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
762 }
763
764 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
765 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
766
767 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
768                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
769 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
770 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
771 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
772
773 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
774
775 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
776 {
777         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
778 }
779 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
780
781 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
782 {
783         unsigned long res;
784
785         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
786                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
787                 return 0;
788         }
789         _debug_guardpage_minorder = res;
790         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
791         return 0;
792 }
793 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
794
795 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
796                                 unsigned int order, int migratetype)
797 {
798         if (!debug_guardpage_enabled())
799                 return false;
800
801         if (order >= debug_guardpage_minorder())
802                 return false;
803
804         __SetPageGuard(page);
805         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
806         set_page_private(page, order);
807         /* Guard pages are not available for any usage */
808         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
809
810         return true;
811 }
812
813 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
814                                 unsigned int order, int migratetype)
815 {
816         if (!debug_guardpage_enabled())
817                 return;
818
819         __ClearPageGuard(page);
820
821         set_page_private(page, 0);
822         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
823                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
824 }
825 #else
826 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
827                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
828 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
829                                 unsigned int order, int migratetype) {}
830 #endif
831
832 /*
833  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
834  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
835  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
836  * enabled, and then make decisions.
837  */
838 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
839 {
840         bool page_poisoning_requested = false;
841
842 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
843         /*
844          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
845          * either of those options are enabled, enable poisoning.
846          */
847         if (page_poisoning_enabled() ||
848              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
849               debug_pagealloc_enabled())) {
850                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
851                 page_poisoning_requested = true;
852         }
853 #endif
854
855         if (_init_on_alloc_enabled_early) {
856                 if (page_poisoning_requested)
857                         pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
858                                 "will take precedence over init_on_alloc\n");
859                 else
860                         static_branch_enable(&init_on_alloc);
861         }
862         if (_init_on_free_enabled_early) {
863                 if (page_poisoning_requested)
864                         pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
865                                 "will take precedence over init_on_free\n");
866                 else
867                         static_branch_enable(&init_on_free);
868         }
869
870 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
871         if (!debug_pagealloc_enabled())
872                 return;
873
874         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
875
876         if (!debug_guardpage_minorder())
877                 return;
878
879         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
880 #endif
881 }
882
883 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
884 {
885         set_page_private(page, order);
886         __SetPageBuddy(page);
887 }
888
889 /*
890  * This function checks whether a page is free && is the buddy
891  * we can coalesce a page and its buddy if
892  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
893  * (b) the buddy is in the buddy system &&
894  * (c) a page and its buddy have the same order &&
895  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
896  *
897  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
898  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
899  *
900  * For recording page's order, we use page_private(page).
901  */
902 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
903                                                         unsigned int order)
904 {
905         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
906                 return false;
907
908         if (buddy_order(buddy) != order)
909                 return false;
910
911         /*
912          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
913          * zone/node ids for pages that could never merge.
914          */
915         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
916                 return false;
917
918         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
919
920         return true;
921 }
922
923 #ifdef CONFIG_COMPACTION
924 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
925 {
926         struct capture_control *capc = current->capture_control;
927
928         return unlikely(capc) &&
929                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
930                 !capc->page &&
931                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
932 }
933
934 static inline bool
935 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
936                    int order, int migratetype)
937 {
938         if (!capc || order != capc->cc->order)
939                 return false;
940
941         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
942         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
943             is_migrate_isolate(migratetype))
944                 return false;
945
946         /*
947          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
948          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
949          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
950          * have trouble finding a high-order free page.
951          */
952         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
953                 return false;
954
955         capc->page = page;
956         return true;
957 }
958
959 #else
960 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
961 {
962         return NULL;
963 }
964
965 static inline bool
966 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
967                    int order, int migratetype)
968 {
969         return false;
970 }
971 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
972
973 /* Used for pages not on another list */
974 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
975                                     unsigned int order, int migratetype)
976 {
977         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
978
979         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
980         area->nr_free++;
981 }
982
983 /* Used for pages not on another list */
984 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
985                                          unsigned int order, int migratetype)
986 {
987         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
988
989         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
990         area->nr_free++;
991 }
992
993 /*
994  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
995  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
996  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
997  */
998 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
999                                      unsigned int order, int migratetype)
1000 {
1001         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
1002
1003         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
1004 }
1005
1006 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
1007                                            unsigned int order)
1008 {
1009         /* clear reported state and update reported page count */
1010         if (page_reported(page))
1011                 __ClearPageReported(page);
1012
1013         list_del(&page->lru);
1014         __ClearPageBuddy(page);
1015         set_page_private(page, 0);
1016         zone->free_area[order].nr_free--;
1017 }
1018
1019 /*
1020  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
1021  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
1022  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
1023  * that is happening, add the free page to the tail of the list
1024  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
1025  * as a higher order page
1026  */
1027 static inline bool
1028 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
1029                    struct page *page, unsigned int order)
1030 {
1031         struct page *higher_page, *higher_buddy;
1032         unsigned long combined_pfn;
1033
1034         if (order >= MAX_ORDER - 2)
1035                 return false;
1036
1037         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
1038                 return false;
1039
1040         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1041         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
1042         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
1043         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
1044
1045         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
1046                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
1047 }
1048
1049 /*
1050  * Freeing function for a buddy system allocator.
1051  *
1052  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1053  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1054  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1055  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1056  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1057  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1058  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1059  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1060  * parts of the VM system.
1061  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1062  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1063  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1064  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1065  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1066  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1067  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1068  * triggers coalescing into a block of larger size.
1069  *
1070  * -- nyc
1071  */
1072
1073 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1074                 unsigned long pfn,
1075                 struct zone *zone, unsigned int order,
1076                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1077 {
1078         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1079         unsigned long buddy_pfn;
1080         unsigned long combined_pfn;
1081         unsigned int max_order;
1082         struct page *buddy;
1083         bool to_tail;
1084
1085         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER - 1, pageblock_order);
1086
1087         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1088         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1089
1090         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1091         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1092                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1093
1094         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1095         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1096
1097 continue_merging:
1098         while (order < max_order) {
1099                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1100                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1101                                                                 migratetype);
1102                         return;
1103                 }
1104                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1105                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1106
1107                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
1108                         goto done_merging;
1109                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1110                         goto done_merging;
1111                 /*
1112                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1113                  * merge with it and move up one order.
1114                  */
1115                 if (page_is_guard(buddy))
1116                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1117                 else
1118                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1119                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1120                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1121                 pfn = combined_pfn;
1122                 order++;
1123         }
1124         if (order < MAX_ORDER - 1) {
1125                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1126                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1127                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1128                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1129                  *
1130                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1131                  * low-order merging.
1132                  */
1133                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1134                         int buddy_mt;
1135
1136                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1137                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1138                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1139
1140                         if (migratetype != buddy_mt
1141                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1142                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1143                                 goto done_merging;
1144                 }
1145                 max_order = order + 1;
1146                 goto continue_merging;
1147         }
1148
1149 done_merging:
1150         set_buddy_order(page, order);
1151
1152         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1153                 to_tail = true;
1154         else if (is_shuffle_order(order))
1155                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1156         else
1157                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1158
1159         if (to_tail)
1160                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1161         else
1162                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1163
1164         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1165         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1166                 page_reporting_notify_free(order);
1167 }
1168
1169 /*
1170  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1171  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1172  * check if necessary.
1173  */
1174 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1175                                         unsigned long check_flags)
1176 {
1177         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1178                 return false;
1179
1180         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1181                         page_ref_count(page) |
1182 #ifdef CONFIG_MEMCG
1183                         page->memcg_data |
1184 #endif
1185                         (page->flags & check_flags)))
1186                 return false;
1187
1188         return true;
1189 }
1190
1191 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1192 {
1193         const char *bad_reason = NULL;
1194
1195         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1196                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1197         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1198                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1199         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1200                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1201         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1202                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1203                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1204                 else
1205                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1206         }
1207 #ifdef CONFIG_MEMCG
1208         if (unlikely(page->memcg_data))
1209                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1210 #endif
1211         return bad_reason;
1212 }
1213
1214 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1215 {
1216         bad_page(page,
1217                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1218 }
1219
1220 static inline int check_free_page(struct page *page)
1221 {
1222         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1223                 return 0;
1224
1225         /* Something has gone sideways, find it */
1226         check_free_page_bad(page);
1227         return 1;
1228 }
1229
1230 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1231 {
1232         int ret = 1;
1233
1234         /*
1235          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1236          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1237          */
1238         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1239
1240         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1241                 ret = 0;
1242                 goto out;
1243         }
1244         switch (page - head_page) {
1245         case 1:
1246                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1247                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1248                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1249                         goto out;
1250                 }
1251                 break;
1252         case 2:
1253                 /*
1254                  * the second tail page: ->mapping is
1255                  * deferred_list.next -- ignore value.
1256                  */
1257                 break;
1258         default:
1259                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1260                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1261                         goto out;
1262                 }
1263                 break;
1264         }
1265         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1266                 bad_page(page, "PageTail not set");
1267                 goto out;
1268         }
1269         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1270                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1271                 goto out;
1272         }
1273         ret = 0;
1274 out:
1275         page->mapping = NULL;
1276         clear_compound_head(page);
1277         return ret;
1278 }
1279
1280 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages, bool zero_tags)
1281 {
1282         int i;
1283
1284         if (zero_tags) {
1285                 for (i = 0; i < numpages; i++)
1286                         tag_clear_highpage(page + i);
1287                 return;
1288         }
1289
1290         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1291         kasan_disable_current();
1292         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1293                 u8 tag = page_kasan_tag(page + i);
1294                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1295                 clear_highpage(page + i);
1296                 page_kasan_tag_set(page + i, tag);
1297         }
1298         kasan_enable_current();
1299 }
1300
1301 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1302                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1303 {
1304         int bad = 0;
1305         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags);
1306
1307         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1308
1309         trace_mm_page_free(page, order);
1310
1311         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1312                 /*
1313                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1314                  * Untie memcg state and reset page's owner
1315                  */
1316                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1317                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1318                 reset_page_owner(page, order);
1319                 return false;
1320         }
1321
1322         /*
1323          * Check tail pages before head page information is cleared to
1324          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1325          */
1326         if (unlikely(order)) {
1327                 bool compound = PageCompound(page);
1328                 int i;
1329
1330                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1331
1332                 if (compound)
1333                         ClearPageDoubleMap(page);
1334                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1335                         if (compound)
1336                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1337                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1338                                 bad++;
1339                                 continue;
1340                         }
1341                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1342                 }
1343         }
1344         if (PageMappingFlags(page))
1345                 page->mapping = NULL;
1346         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1347                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1348         if (check_free)
1349                 bad += check_free_page(page);
1350         if (bad)
1351                 return false;
1352
1353         page_cpupid_reset_last(page);
1354         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1355         reset_page_owner(page, order);
1356
1357         if (!PageHighMem(page)) {
1358                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1359                                            PAGE_SIZE << order);
1360                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1361                                            PAGE_SIZE << order);
1362         }
1363
1364         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1365
1366         /*
1367          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1368          * kasan_free_pages and kernel_init_free_pages must be
1369          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1370          *
1371          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1372          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1373          */
1374         if (kasan_has_integrated_init()) {
1375                 if (!skip_kasan_poison)
1376                         kasan_free_pages(page, order);
1377         } else {
1378                 bool init = want_init_on_free();
1379
1380                 if (init)
1381                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order, false);
1382                 if (!skip_kasan_poison)
1383                         kasan_poison_pages(page, order, init);
1384         }
1385
1386         /*
1387          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1388          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1389          * happen after this.
1390          */
1391         arch_free_page(page, order);
1392
1393         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1394
1395         return true;
1396 }
1397
1398 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1399 /*
1400  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1401  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1402  * moved from pcp lists to free lists.
1403  */
1404 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1405 {
1406         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1407 }
1408
1409 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1410 {
1411         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1412                 return check_free_page(page);
1413         else
1414                 return false;
1415 }
1416 #else
1417 /*
1418  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1419  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1420  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1421  * to the pcp lists.
1422  */
1423 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1424 {
1425         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1426                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1427         else
1428                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1429 }
1430
1431 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1432 {
1433         return check_free_page(page);
1434 }
1435 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1436
1437 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1438 {
1439         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1440         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1441         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1442
1443         prefetch(buddy);
1444 }
1445
1446 /*
1447  * Frees a number of pages from the PCP lists
1448  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1449  * count is the number of pages to free.
1450  *
1451  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1452  * see if this freeing clears that state.
1453  *
1454  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1455  * pinned" detection logic.
1456  */
1457 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1458                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1459 {
1460         int pindex = 0;
1461         int batch_free = 0;
1462         int nr_freed = 0;
1463         unsigned int order;
1464         int prefetch_nr = READ_ONCE(pcp->batch);
1465         bool isolated_pageblocks;
1466         struct page *page, *tmp;
1467         LIST_HEAD(head);
1468
1469         /*
1470          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1471          * below while (list_empty(list)) loop.
1472          */
1473         count = min(pcp->count, count);
1474         while (count > 0) {
1475                 struct list_head *list;
1476
1477                 /*
1478                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1479                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1480                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1481                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1482                  * lists
1483                  */
1484                 do {
1485                         batch_free++;
1486                         if (++pindex == NR_PCP_LISTS)
1487                                 pindex = 0;
1488                         list = &pcp->lists[pindex];
1489                 } while (list_empty(list));
1490
1491                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1492                 if (batch_free == NR_PCP_LISTS)
1493                         batch_free = count;
1494
1495                 order = pindex_to_order(pindex);
1496                 BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER >= (1<<NR_PCP_ORDER_WIDTH));
1497                 do {
1498                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1499                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1500                         list_del(&page->lru);
1501                         nr_freed += 1 << order;
1502                         count -= 1 << order;
1503
1504                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1505                                 continue;
1506
1507                         /* Encode order with the migratetype */
1508                         page->index <<= NR_PCP_ORDER_WIDTH;
1509                         page->index |= order;
1510
1511                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1512
1513                         /*
1514                          * We are going to put the page back to the global
1515                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1516                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1517                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1518                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1519                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1520                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1521                          */
1522                         if (prefetch_nr) {
1523                                 prefetch_buddy(page);
1524                                 prefetch_nr--;
1525                         }
1526                 } while (count > 0 && --batch_free && !list_empty(list));
1527         }
1528         pcp->count -= nr_freed;
1529
1530         /*
1531          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
1532          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
1533          */
1534         spin_lock(&zone->lock);
1535         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1536
1537         /*
1538          * Use safe version since after __free_one_page(),
1539          * page->lru.next will not point to original list.
1540          */
1541         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1542                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1543
1544                 /* mt has been encoded with the order (see above) */
1545                 order = mt & NR_PCP_ORDER_MASK;
1546                 mt >>= NR_PCP_ORDER_WIDTH;
1547
1548                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1549                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1550                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1551                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1552                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1553
1554                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1555                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1556         }
1557         spin_unlock(&zone->lock);
1558 }
1559
1560 static void free_one_page(struct zone *zone,
1561                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1562                                 unsigned int order,
1563                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1564 {
1565         unsigned long flags;
1566
1567         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1568         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1569                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1570                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1571         }
1572         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1573         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1574 }
1575
1576 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1577                                 unsigned long zone, int nid)
1578 {
1579         mm_zero_struct_page(page);
1580         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1581         init_page_count(page);
1582         page_mapcount_reset(page);
1583         page_cpupid_reset_last(page);
1584         page_kasan_tag_reset(page);
1585
1586         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1587 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1588         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1589         if (!is_highmem_idx(zone))
1590                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1591 #endif
1592 }
1593
1594 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1595 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1596 {
1597         pg_data_t *pgdat;
1598         int nid, zid;
1599
1600         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1601                 return;
1602
1603         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1604         pgdat = NODE_DATA(nid);
1605
1606         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1607                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1608
1609                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1610                         break;
1611         }
1612         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1613 }
1614 #else
1615 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1616 {
1617 }
1618 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1619
1620 /*
1621  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1622  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1623  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1624  * sent to the buddy page allocator.
1625  */
1626 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1627 {
1628         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1629         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1630
1631         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1632                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1633                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1634
1635                         init_reserved_page(start_pfn);
1636
1637                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1638                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1639
1640                         /*
1641                          * no need for atomic set_bit because the struct
1642                          * page is not visible yet so nobody should
1643                          * access it yet.
1644                          */
1645                         __SetPageReserved(page);
1646                 }
1647         }
1648 }
1649
1650 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1651                             fpi_t fpi_flags)
1652 {
1653         unsigned long flags;
1654         int migratetype;
1655         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1656         struct zone *zone = page_zone(page);
1657
1658         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1659                 return;
1660
1661         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1662
1663         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1664         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1665                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1666                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1667         }
1668         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1669         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1670
1671         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1672 }
1673
1674 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1675 {
1676         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1677         struct page *p = page;
1678         unsigned int loop;
1679
1680         /*
1681          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1682          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1683          * refcount of all involved pages to 0.
1684          */
1685         prefetchw(p);
1686         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1687                 prefetchw(p + 1);
1688                 __ClearPageReserved(p);
1689                 set_page_count(p, 0);
1690         }
1691         __ClearPageReserved(p);
1692         set_page_count(p, 0);
1693
1694         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1695
1696         /*
1697          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1698          * relevant for memory onlining.
1699          */
1700         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1701 }
1702
1703 #ifdef CONFIG_NUMA
1704
1705 /*
1706  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1707  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1708  * treats start/end as pfns.
1709  */
1710 struct mminit_pfnnid_cache {
1711         unsigned long last_start;
1712         unsigned long last_end;
1713         int last_nid;
1714 };
1715
1716 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1717
1718 /*
1719  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1720  */
1721 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1722                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1723 {
1724         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1725         int nid;
1726
1727         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1728                 return state->last_nid;
1729
1730         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1731         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1732                 state->last_start = start_pfn;
1733                 state->last_end = end_pfn;
1734                 state->last_nid = nid;
1735         }
1736
1737         return nid;
1738 }
1739
1740 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1741 {
1742         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1743         int nid;
1744
1745         spin_lock(&early_pfn_lock);
1746         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1747         if (nid < 0)
1748                 nid = first_online_node;
1749         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1750
1751         return nid;
1752 }
1753 #endif /* CONFIG_NUMA */
1754
1755 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1756                                                         unsigned int order)
1757 {
1758         if (early_page_uninitialised(pfn))
1759                 return;
1760         __free_pages_core(page, order);
1761 }
1762
1763 /*
1764  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1765  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1766  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1767  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1768  * pageblocks.
1769  *
1770  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1771  *
1772  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1773  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1774  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1775  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1776  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1777  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1778  * page in a pageblock.
1779  */
1780 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1781                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1782 {
1783         struct page *start_page;
1784         struct page *end_page;
1785
1786         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1787         end_pfn--;
1788
1789         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1790                 return NULL;
1791
1792         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1793         if (!start_page)
1794                 return NULL;
1795
1796         if (page_zone(start_page) != zone)
1797                 return NULL;
1798
1799         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1800
1801         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1802         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1803                 return NULL;
1804
1805         return start_page;
1806 }
1807
1808 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1809 {
1810         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1811         unsigned long block_end_pfn;
1812
1813         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1814         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1815                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1816                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1817
1818                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1819
1820                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1821                                              block_end_pfn, zone))
1822                         return;
1823                 cond_resched();
1824         }
1825
1826         /* We confirm that there is no hole */
1827         zone->contiguous = true;
1828 }
1829
1830 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1831 {
1832         zone->contiguous = false;
1833 }
1834
1835 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1836 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1837                                        unsigned long nr_pages)
1838 {
1839         struct page *page;
1840         unsigned long i;
1841
1842         if (!nr_pages)
1843                 return;
1844
1845         page = pfn_to_page(pfn);
1846
1847         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1848         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1849             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1850                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1851                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1852                 return;
1853         }
1854
1855         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1856                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1857                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1858                 __free_pages_core(page, 0);
1859         }
1860 }
1861
1862 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1863 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1864 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1865
1866 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1867 {
1868         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1869                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1870 }
1871
1872 /*
1873  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1874  *
1875  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1876  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1877  * function is optimized out.
1878  *
1879  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1880  * of the head pfn.
1881  */
1882 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1883 {
1884         if (!pfn_valid_within(pfn))
1885                 return false;
1886         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1887                 return false;
1888         return true;
1889 }
1890
1891 /*
1892  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1893  * pageblock_nr_pages sizes.
1894  */
1895 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1896                                        unsigned long end_pfn)
1897 {
1898         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1899         unsigned long nr_free = 0;
1900
1901         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1902                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1903                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1904                         nr_free = 0;
1905                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1906                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1907                         nr_free = 1;
1908                 } else {
1909                         nr_free++;
1910                 }
1911         }
1912         /* Free the last block of pages to allocator */
1913         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1914 }
1915
1916 /*
1917  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1918  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1919  * Return number of pages initialized.
1920  */
1921 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1922                                                  unsigned long pfn,
1923                                                  unsigned long end_pfn)
1924 {
1925         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1926         int nid = zone_to_nid(zone);
1927         unsigned long nr_pages = 0;
1928         int zid = zone_idx(zone);
1929         struct page *page = NULL;
1930
1931         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1932                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1933                         page = NULL;
1934                         continue;
1935                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1936                         page = pfn_to_page(pfn);
1937                 } else {
1938                         page++;
1939                 }
1940                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1941                 nr_pages++;
1942         }
1943         return (nr_pages);
1944 }
1945
1946 /*
1947  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1948  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1949  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1950  * return false indicating there are no valid ranges left.
1951  */
1952 static bool __init
1953 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1954                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1955                                     unsigned long first_init_pfn)
1956 {
1957         u64 j;
1958
1959         /*
1960          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1961          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1962          * so we just need to flush them out of the system.
1963          */
1964         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1965                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1966                         continue;
1967                 if (*spfn < first_init_pfn)
1968                         *spfn = first_init_pfn;
1969                 *i = j;
1970                 return true;
1971         }
1972
1973         return false;
1974 }
1975
1976 /*
1977  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1978  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1979  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1980  * page in __free_one_page()).
1981  *
1982  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1983  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1984  * any issues with the buddy page computation.
1985  */
1986 static unsigned long __init
1987 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1988                        unsigned long *end_pfn)
1989 {
1990         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1991         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1992         unsigned long nr_pages = 0;
1993         u64 j = *i;
1994
1995         /* First we loop through and initialize the page values */
1996         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1997                 unsigned long t;
1998
1999                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
2000                         break;
2001
2002                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
2003                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
2004
2005                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
2006                         *start_pfn = mo_pfn;
2007                         break;
2008                 }
2009         }
2010
2011         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
2012         swap(j, *i);
2013
2014         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
2015                 unsigned long t;
2016
2017                 if (mo_pfn <= spfn)
2018                         break;
2019
2020                 t = min(mo_pfn, epfn);
2021                 deferred_free_pages(spfn, t);
2022
2023                 if (mo_pfn <= epfn)
2024                         break;
2025         }
2026
2027         return nr_pages;
2028 }
2029
2030 static void __init
2031 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2032                            void *arg)
2033 {
2034         unsigned long spfn, epfn;
2035         struct zone *zone = arg;
2036         u64 i;
2037
2038         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
2039
2040         /*
2041          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
2042          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
2043          */
2044         while (spfn < end_pfn) {
2045                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2046                 cond_resched();
2047         }
2048 }
2049
2050 /* An arch may override for more concurrency. */
2051 __weak int __init
2052 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2053 {
2054         return 1;
2055 }
2056
2057 /* Initialise remaining memory on a node */
2058 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2059 {
2060         pg_data_t *pgdat = data;
2061         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2062         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2063         unsigned long first_init_pfn, flags;
2064         unsigned long start = jiffies;
2065         struct zone *zone;
2066         int zid, max_threads;
2067         u64 i;
2068
2069         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2070         if (!cpumask_empty(cpumask))
2071                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2072
2073         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2074         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2075         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2076                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2077                 pgdat_init_report_one_done();
2078                 return 0;
2079         }
2080
2081         /* Sanity check boundaries */
2082         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2083         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2084         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2085
2086         /*
2087          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2088          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2089          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2090          */
2091         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2092
2093         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2094         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2095                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2096                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2097                         break;
2098         }
2099
2100         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2101         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2102                                                  first_init_pfn))
2103                 goto zone_empty;
2104
2105         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2106
2107         while (spfn < epfn) {
2108                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2109                 struct padata_mt_job job = {
2110                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2111                         .fn_arg      = zone,
2112                         .start       = spfn,
2113                         .size        = epfn_align - spfn,
2114                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2115                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2116                         .max_threads = max_threads,
2117                 };
2118
2119                 padata_do_multithreaded(&job);
2120                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2121                                                     epfn_align);
2122         }
2123 zone_empty:
2124         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2125         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2126
2127         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2128                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2129
2130         pgdat_init_report_one_done();
2131         return 0;
2132 }
2133
2134 /*
2135  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2136  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2137  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2138  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2139  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2140  *
2141  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2142  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2143  * enough pages to satisfy the allocation.
2144  *
2145  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2146  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2147  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2148  */
2149 static noinline bool __init
2150 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2151 {
2152         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2153         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2154         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2155         unsigned long spfn, epfn, flags;
2156         unsigned long nr_pages = 0;
2157         u64 i;
2158
2159         /* Only the last zone may have deferred pages */
2160         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2161                 return false;
2162
2163         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2164
2165         /*
2166          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2167          * true, as there might be enough pages already.
2168          */
2169         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2170                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2171                 return true;
2172         }
2173
2174         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2175         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2176                                                  first_deferred_pfn)) {
2177                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2178                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2179                 /* Retry only once. */
2180                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2181         }
2182
2183         /*
2184          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2185          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2186          * allocator.
2187          */
2188         while (spfn < epfn) {
2189                 /* update our first deferred PFN for this section */
2190                 first_deferred_pfn = spfn;
2191
2192                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2193                 touch_nmi_watchdog();
2194
2195                 /* We should only stop along section boundaries */
2196                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2197                         continue;
2198
2199                 /* If our quota has been met we can stop here */
2200                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2201                         break;
2202         }
2203
2204         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2205         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2206
2207         return nr_pages > 0;
2208 }
2209
2210 /*
2211  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2212  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2213  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2214  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2215  */
2216 static bool __ref
2217 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2218 {
2219         return deferred_grow_zone(zone, order);
2220 }
2221
2222 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2223
2224 void __init page_alloc_init_late(void)
2225 {
2226         struct zone *zone;
2227         int nid;
2228
2229 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2230
2231         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2232         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2233         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2234                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2235         }
2236
2237         /* Block until all are initialised */
2238         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2239
2240         /*
2241          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2242          * on-demand struct page initialization.
2243          */
2244         static_branch_disable(&deferred_pages);
2245
2246         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2247         files_maxfiles_init();
2248 #endif
2249
2250         buffer_init();
2251
2252         /* Discard memblock private memory */
2253         memblock_discard();
2254
2255         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2256                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2257
2258         for_each_populated_zone(zone)
2259                 set_zone_contiguous(zone);
2260 }
2261
2262 #ifdef CONFIG_CMA
2263 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2264 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2265 {
2266         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2267         struct page *p = page;
2268
2269         do {
2270                 __ClearPageReserved(p);
2271                 set_page_count(p, 0);
2272         } while (++p, --i);
2273
2274         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2275
2276         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2277                 i = pageblock_nr_pages;
2278                 p = page;
2279                 do {
2280                         set_page_refcounted(p);
2281                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2282                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2283                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2284         } else {
2285                 set_page_refcounted(page);
2286                 __free_pages(page, pageblock_order);
2287         }
2288
2289         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2290         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2291 }
2292 #endif
2293
2294 /*
2295  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2296  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2297  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2298  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2299  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2300  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2301  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2302  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2303  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2304  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2305  *
2306  * -- nyc
2307  */
2308 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2309         int low, int high, int migratetype)
2310 {
2311         unsigned long size = 1 << high;
2312
2313         while (high > low) {
2314                 high--;
2315                 size >>= 1;
2316                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2317
2318                 /*
2319                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2320                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2321                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2322                  * pages will stay not present in virtual address space
2323                  */
2324                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2325                         continue;
2326
2327                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2328                 set_buddy_order(&page[size], high);
2329         }
2330 }
2331
2332 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2333 {
2334         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2335                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2336                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2337                 return;
2338         }
2339
2340         bad_page(page,
2341                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2342 }
2343
2344 /*
2345  * This page is about to be returned from the page allocator
2346  */
2347 static inline int check_new_page(struct page *page)
2348 {
2349         if (likely(page_expected_state(page,
2350                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2351                 return 0;
2352
2353         check_new_page_bad(page);
2354         return 1;
2355 }
2356
2357 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2358 /*
2359  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2360  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2361  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2362  */
2363 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2364 {
2365         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2366                 return check_new_page(page);
2367         else
2368                 return false;
2369 }
2370
2371 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2372 {
2373         return check_new_page(page);
2374 }
2375 #else
2376 /*
2377  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2378  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2379  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2380  */
2381 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2382 {
2383         return check_new_page(page);
2384 }
2385 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2386 {
2387         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2388                 return check_new_page(page);
2389         else
2390                 return false;
2391 }
2392 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2393
2394 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2395 {
2396         int i;
2397         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2398                 struct page *p = page + i;
2399
2400                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2401                         return true;
2402         }
2403
2404         return false;
2405 }
2406
2407 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2408                                 gfp_t gfp_flags)
2409 {
2410         set_page_private(page, 0);
2411         set_page_refcounted(page);
2412
2413         arch_alloc_page(page, order);
2414         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2415
2416         /*
2417          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2418          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2419          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2420          */
2421         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2422
2423         /*
2424          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2425          * kasan_alloc_pages and kernel_init_free_pages must be
2426          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2427          */
2428         if (kasan_has_integrated_init()) {
2429                 kasan_alloc_pages(page, order, gfp_flags);
2430         } else {
2431                 bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags);
2432
2433                 kasan_unpoison_pages(page, order, init);
2434                 if (init)
2435                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order,
2436                                                gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
2437         }
2438
2439         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2440 }
2441
2442 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2443                                                         unsigned int alloc_flags)
2444 {
2445         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2446
2447         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2448                 prep_compound_page(page, order);
2449
2450         /*
2451          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2452          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2453          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2454          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2455          */
2456         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2457                 set_page_pfmemalloc(page);
2458         else
2459                 clear_page_pfmemalloc(page);
2460 }
2461
2462 /*
2463  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2464  * the smallest available page from the freelists
2465  */
2466 static __always_inline
2467 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2468                                                 int migratetype)
2469 {
2470         unsigned int current_order;
2471         struct free_area *area;
2472         struct page *page;
2473
2474         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2475         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2476                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2477                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2478                 if (!page)
2479                         continue;
2480                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2481                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2482                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2483                 return page;
2484         }
2485
2486         return NULL;
2487 }
2488
2489
2490 /*
2491  * This array describes the order lists are fallen back to when
2492  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2493  */
2494 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2495         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2496         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2497         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2498 #ifdef CONFIG_CMA
2499         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2500 #endif
2501 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2502         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2503 #endif
2504 };
2505
2506 #ifdef CONFIG_CMA
2507 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2508                                         unsigned int order)
2509 {
2510         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2511 }
2512 #else
2513 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2514                                         unsigned int order) { return NULL; }
2515 #endif
2516
2517 /*
2518  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2519  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2520  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2521  */
2522 static int move_freepages(struct zone *zone,
2523                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2524                           int migratetype, int *num_movable)
2525 {
2526         struct page *page;
2527         unsigned long pfn;
2528         unsigned int order;
2529         int pages_moved = 0;
2530
2531         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2532                 if (!pfn_valid_within(pfn)) {
2533                         pfn++;
2534                         continue;
2535                 }
2536
2537                 page = pfn_to_page(pfn);
2538                 if (!PageBuddy(page)) {
2539                         /*
2540                          * We assume that pages that could be isolated for
2541                          * migration are movable. But we don't actually try
2542                          * isolating, as that would be expensive.
2543                          */
2544                         if (num_movable &&
2545                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2546                                 (*num_movable)++;
2547                         pfn++;
2548                         continue;
2549                 }
2550
2551                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2552                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2553                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2554
2555                 order = buddy_order(page);
2556                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2557                 pfn += 1 << order;
2558                 pages_moved += 1 << order;
2559         }
2560
2561         return pages_moved;
2562 }
2563
2564 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2565                                 int migratetype, int *num_movable)
2566 {
2567         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2568
2569         if (num_movable)
2570                 *num_movable = 0;
2571
2572         pfn = page_to_pfn(page);
2573         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2574         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2575
2576         /* Do not cross zone boundaries */
2577         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2578                 start_pfn = pfn;
2579         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2580                 return 0;
2581
2582         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2583                                                                 num_movable);
2584 }
2585
2586 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2587                                         int start_order, int migratetype)
2588 {
2589         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2590
2591         while (nr_pageblocks--) {
2592                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2593                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2594         }
2595 }
2596
2597 /*
2598  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2599  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2600  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2601  *
2602  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2603  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2604  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2605  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2606  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2607  * pageblocks.
2608  */
2609 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2610 {
2611         /*
2612          * Leaving this order check is intended, although there is
2613          * relaxed order check in next check. The reason is that
2614          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2615          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2616          * so could be changed anytime.
2617          */
2618         if (order >= pageblock_order)
2619                 return true;
2620
2621         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2622                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2623                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2624                 page_group_by_mobility_disabled)
2625                 return true;
2626
2627         return false;
2628 }
2629
2630 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2631 {
2632         unsigned long max_boost;
2633
2634         if (!watermark_boost_factor)
2635                 return false;
2636         /*
2637          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2638          * On small machines, including kdump capture kernels running
2639          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2640          * memory situation immediately.
2641          */
2642         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2643                 return false;
2644
2645         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2646                         watermark_boost_factor, 10000);
2647
2648         /*
2649          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2650          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2651          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2652          * allocations that early means that reclaim is not going
2653          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2654          * boosted watermark resulting in a hang.
2655          */
2656         if (!max_boost)
2657                 return false;
2658
2659         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2660
2661         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2662                 max_boost);
2663
2664         return true;
2665 }
2666
2667 /*
2668  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2669  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2670  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2671  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2672  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2673  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2674  */
2675 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2676                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2677 {
2678         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2679         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2680         int old_block_type;
2681
2682         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2683
2684         /*
2685          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2686          * highatomic accounting.
2687          */
2688         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2689                 goto single_page;
2690
2691         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2692         if (current_order >= pageblock_order) {
2693                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2694                 goto single_page;
2695         }
2696
2697         /*
2698          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2699          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2700          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2701          */
2702         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2703                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2704
2705         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2706         if (!whole_block)
2707                 goto single_page;
2708
2709         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2710                                                 &movable_pages);
2711         /*
2712          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2713          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2714          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2715          */
2716         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2717                 alike_pages = movable_pages;
2718         } else {
2719                 /*
2720                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2721                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2722                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2723                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2724                  * exact migratetype of non-movable pages.
2725                  */
2726                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2727                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2728                                                 - (free_pages + movable_pages);
2729                 else
2730                         alike_pages = 0;
2731         }
2732
2733         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2734         if (!free_pages)
2735                 goto single_page;
2736
2737         /*
2738          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2739          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2740          */
2741         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2742                         page_group_by_mobility_disabled)
2743                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2744
2745         return;
2746
2747 single_page:
2748         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2749 }
2750
2751 /*
2752  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2753  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2754  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2755  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2756  */
2757 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2758                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2759 {
2760         int i;
2761         int fallback_mt;
2762
2763         if (area->nr_free == 0)
2764                 return -1;
2765
2766         *can_steal = false;
2767         for (i = 0;; i++) {
2768                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2769                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2770                         break;
2771
2772                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2773                         continue;
2774
2775                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2776                         *can_steal = true;
2777
2778                 if (!only_stealable)
2779                         return fallback_mt;
2780
2781                 if (*can_steal)
2782                         return fallback_mt;
2783         }
2784
2785         return -1;
2786 }
2787
2788 /*
2789  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2790  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2791  */
2792 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2793                                 unsigned int alloc_order)
2794 {
2795         int mt;
2796         unsigned long max_managed, flags;
2797
2798         /*
2799          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2800          * Check is race-prone but harmless.
2801          */
2802         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2803         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2804                 return;
2805
2806         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2807
2808         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2809         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2810                 goto out_unlock;
2811
2812         /* Yoink! */
2813         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2814         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2815             && !is_migrate_cma(mt)) {
2816                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2817                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2818                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2819         }
2820
2821 out_unlock:
2822         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2823 }
2824
2825 /*
2826  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2827  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2828  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2829  * to recover from than an OOM.
2830  *
2831  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2832  * pageblock is exhausted.
2833  */
2834 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2835                                                 bool force)
2836 {
2837         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2838         unsigned long flags;
2839         struct zoneref *z;
2840         struct zone *zone;
2841         struct page *page;
2842         int order;
2843         bool ret;
2844
2845         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2846                                                                 ac->nodemask) {
2847                 /*
2848                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2849                  * is really high.
2850                  */
2851                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2852                                         pageblock_nr_pages)
2853                         continue;
2854
2855                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2856                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2857                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2858
2859                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2860                         if (!page)
2861                                 continue;
2862
2863                         /*
2864                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2865                          * we can counter several free pages in a pageblock
2866                          * in this loop although we changed the pageblock type
2867                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2868                          * adjust the count once.
2869                          */
2870                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2871                                 /*
2872                                  * It should never happen but changes to
2873                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2874                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2875                                  * while unreserving so be safe and watch for
2876                                  * underflows.
2877                                  */
2878                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2879                                                 pageblock_nr_pages,
2880                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2881                         }
2882
2883                         /*
2884                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2885                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2886                          * is doing the work and needs the pages. More
2887                          * importantly, if the block was always converted to
2888                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2889                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2890                          * may increase.
2891                          */
2892                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2893                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2894                                                                         NULL);
2895                         if (ret) {
2896                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2897                                 return ret;
2898                         }
2899                 }
2900                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2901         }
2902
2903         return false;
2904 }
2905
2906 /*
2907  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2908  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2909  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2910  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2911  *
2912  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2913  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2914  * condition simpler.
2915  */
2916 static __always_inline bool
2917 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2918                                                 unsigned int alloc_flags)
2919 {
2920         struct free_area *area;
2921         int current_order;
2922         int min_order = order;
2923         struct page *page;
2924         int fallback_mt;
2925         bool can_steal;
2926
2927         /*
2928          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2929          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2930          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2931          */
2932         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2933                 min_order = pageblock_order;
2934
2935         /*
2936          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2937          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2938          * would be too costly to do exactly.
2939          */
2940         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2941                                 --current_order) {
2942                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2943                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2944                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2945                 if (fallback_mt == -1)
2946                         continue;
2947
2948                 /*
2949                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2950                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2951                  * steal and split the smallest available page instead of the
2952                  * largest available page, because even if the next movable
2953                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2954                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2955                  */
2956                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2957                                         && current_order > order)
2958                         goto find_smallest;
2959
2960                 goto do_steal;
2961         }
2962
2963         return false;
2964
2965 find_smallest:
2966         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2967                                                         current_order++) {
2968                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2969                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2970                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2971                 if (fallback_mt != -1)
2972                         break;
2973         }
2974
2975         /*
2976          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2977          * when looking for the largest page.
2978          */
2979         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2980
2981 do_steal:
2982         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2983
2984         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2985                                                                 can_steal);
2986
2987         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2988                 start_migratetype, fallback_mt);
2989
2990         return true;
2991
2992 }
2993
2994 /*
2995  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2996  * Call me with the zone->lock already held.
2997  */
2998 static __always_inline struct page *
2999 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
3000                                                 unsigned int alloc_flags)
3001 {
3002         struct page *page;
3003
3004         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
3005                 /*
3006                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
3007                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
3008                  * is in the CMA area.
3009                  */
3010                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
3011                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
3012                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
3013                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3014                         if (page)
3015                                 goto out;
3016                 }
3017         }
3018 retry:
3019         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
3020         if (unlikely(!page)) {
3021                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
3022                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3023
3024                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
3025                                                                 alloc_flags))
3026                         goto retry;
3027         }
3028 out:
3029         if (page)
3030                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3031         return page;
3032 }
3033
3034 /*
3035  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
3036  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
3037  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
3038  */
3039 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
3040                         unsigned long count, struct list_head *list,
3041                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3042 {
3043         int i, allocated = 0;
3044
3045         /*
3046          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
3047          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
3048          */
3049         spin_lock(&zone->lock);
3050         for (i = 0; i < count; ++i) {
3051                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
3052                                                                 alloc_flags);
3053                 if (unlikely(page == NULL))
3054                         break;
3055
3056                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
3057                         continue;
3058
3059                 /*
3060                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
3061                  * physical page order. The page is added to the tail of
3062                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
3063                  * is ordered by page number under some conditions. This is
3064                  * useful for IO devices that can forward direction from the
3065                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
3066                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
3067                  * pages are ordered properly.
3068                  */
3069                 list_add_tail(&page->lru, list);
3070                 allocated++;
3071                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3072                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3073                                               -(1 << order));
3074         }
3075
3076         /*
3077          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3078          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3079          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3080          * pages added to the pcp list.
3081          */
3082         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3083         spin_unlock(&zone->lock);
3084         return allocated;
3085 }
3086
3087 #ifdef CONFIG_NUMA
3088 /*
3089  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3090  * currently executing processor on remote nodes after they have
3091  * expired.
3092  *
3093  * Note that this function must be called with the thread pinned to
3094  * a single processor.
3095  */
3096 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3097 {
3098         unsigned long flags;
3099         int to_drain, batch;
3100
3101         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3102         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3103         to_drain = min(pcp->count, batch);
3104         if (to_drain > 0)
3105                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
3106         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3107 }
3108 #endif
3109
3110 /*
3111  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3112  *
3113  * The processor must either be the current processor and the
3114  * thread pinned to the current processor or a processor that
3115  * is not online.
3116  */
3117 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3118 {
3119         unsigned long flags;
3120         struct per_cpu_pages *pcp;
3121
3122         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3123
3124         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3125         if (pcp->count)
3126                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
3127
3128         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3129 }
3130
3131 /*
3132  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3133  *
3134  * The processor must either be the current processor and the
3135  * thread pinned to the current processor or a processor that
3136  * is not online.
3137  */
3138 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3139 {
3140         struct zone *zone;
3141
3142         for_each_populated_zone(zone) {
3143                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3144         }
3145 }
3146
3147 /*
3148  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3149  *
3150  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3151  * the single zone's pages.
3152  */
3153 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3154 {
3155         int cpu = smp_processor_id();
3156
3157         if (zone)
3158                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3159         else
3160                 drain_pages(cpu);
3161 }
3162
3163 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3164 {
3165         struct pcpu_drain *drain;
3166
3167         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3168
3169         /*
3170          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3171          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3172          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3173          * cpu which is alright but we also have to make sure to not move to
3174          * a different one.
3175          */
3176         preempt_disable();
3177         drain_local_pages(drain->zone);
3178         preempt_enable();
3179 }
3180
3181 /*
3182  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3183  * drain on all cpus.
3184  *
3185  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3186  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3187  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3188  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3189  * optimizing racy check.
3190  */
3191 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3192 {
3193         int cpu;
3194
3195         /*
3196          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
3197          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3198          */
3199         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3200
3201         /*
3202          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3203          * initialized.
3204          */
3205         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3206                 return;
3207
3208         /*
3209          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3210          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3211          * the drain to be complete when the call returns.
3212          */
3213         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3214                 if (!zone)
3215                         return;
3216                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3217         }
3218
3219         /*
3220          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3221          * as offline notification will cause the notified
3222          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3223          * disables preemption as part of its processing
3224          */
3225         for_each_online_cpu(cpu) {
3226                 struct per_cpu_pages *pcp;
3227                 struct zone *z;
3228                 bool has_pcps = false;
3229
3230                 if (force_all_cpus) {
3231                         /*
3232                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3233                          * guarantee that no cpu is missed.
3234                          */
3235                         has_pcps = true;
3236                 } else if (zone) {
3237                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3238                         if (pcp->count)
3239                                 has_pcps = true;
3240                 } else {
3241                         for_each_populated_zone(z) {
3242                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3243                                 if (pcp->count) {
3244                                         has_pcps = true;
3245                                         break;
3246                                 }
3247                         }
3248                 }
3249
3250                 if (has_pcps)
3251                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3252                 else
3253                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3254         }
3255
3256         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3257                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3258
3259                 drain->zone = zone;
3260                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3261                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3262         }
3263         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3264                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3265
3266         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3267 }
3268
3269 /*
3270  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3271  *
3272  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3273  *
3274  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3275  */
3276 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3277 {
3278         __drain_all_pages(zone, false);
3279 }
3280
3281 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3282
3283 /*
3284  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3285  */
3286 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3287
3288 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3289 {
3290         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3291         unsigned long flags;
3292         unsigned int order, t;
3293         struct page *page;
3294
3295         if (zone_is_empty(zone))
3296                 return;
3297
3298         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3299
3300         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3301         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3302                 if (pfn_valid(pfn)) {
3303                         page = pfn_to_page(pfn);
3304
3305                         if (!--page_count) {
3306                                 touch_nmi_watchdog();
3307                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3308                         }
3309
3310                         if (page_zone(page) != zone)
3311                                 continue;
3312
3313                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3314                                 swsusp_unset_page_free(page);
3315                 }
3316
3317         for_each_migratetype_order(order, t) {
3318                 list_for_each_entry(page,
3319                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3320                         unsigned long i;
3321
3322                         pfn = page_to_pfn(page);
3323                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3324                                 if (!--page_count) {
3325                                         touch_nmi_watchdog();
3326                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3327                                 }
3328                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3329                         }
3330                 }
3331         }
3332         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3333 }
3334 #endif /* CONFIG_PM */
3335
3336 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3337                                                         unsigned int order)
3338 {
3339         int migratetype;
3340
3341         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3342                 return false;
3343
3344         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3345         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3346         return true;
3347 }
3348
3349 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch)
3350 {
3351         int min_nr_free, max_nr_free;
3352
3353         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3354         if (unlikely(high < batch))
3355                 return 1;
3356
3357         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3358         min_nr_free = batch;
3359         max_nr_free = high - batch;
3360
3361         /*
3362          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3363          * freeing of pages without any allocation.
3364          */
3365         batch <<= pcp->free_factor;
3366         if (batch < max_nr_free)
3367                 pcp->free_factor++;
3368         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3369
3370         return batch;
3371 }
3372
3373 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone)
3374 {
3375         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3376
3377         if (unlikely(!high))
3378                 return 0;
3379
3380         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3381                 return high;
3382
3383         /*
3384          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3385          * stored on pcp lists
3386          */
3387         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3388 }
3389
3390 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn,
3391                                    int migratetype, unsigned int order)
3392 {
3393         struct zone *zone = page_zone(page);
3394         struct per_cpu_pages *pcp;
3395         int high;
3396         int pindex;
3397
3398         __count_vm_event(PGFREE);
3399         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3400         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3401         list_add(&page->lru, &pcp->lists[pindex]);
3402         pcp->count += 1 << order;
3403         high = nr_pcp_high(pcp, zone);
3404         if (pcp->count >= high) {
3405                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3406
3407                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch), pcp);
3408         }
3409 }
3410
3411 /*
3412  * Free a pcp page
3413  */
3414 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3415 {
3416         unsigned long flags;
3417         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3418         int migratetype;
3419
3420         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3421                 return;
3422
3423         /*
3424          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3425          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3426          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3427          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3428          * excessively into the page allocator
3429          */
3430         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3431         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3432                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3433                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3434                         return;
3435                 }
3436                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3437         }
3438
3439         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3440         free_unref_page_commit(page, pfn, migratetype, order);
3441         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3442 }
3443
3444 /*
3445  * Free a list of 0-order pages
3446  */
3447 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3448 {
3449         struct page *page, *next;
3450         unsigned long flags, pfn;
3451         int batch_count = 0;
3452         int migratetype;
3453
3454         /* Prepare pages for freeing */
3455         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3456                 pfn = page_to_pfn(page);
3457                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0))
3458                         list_del(&page->lru);
3459
3460                 /*
3461                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3462                  * comment in free_unref_page.
3463                  */
3464                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3465                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3466                         if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3467                                 list_del(&page->lru);
3468                                 free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0,
3469                                                         migratetype, FPI_NONE);
3470                                 continue;
3471                         }
3472
3473                         /*
3474                          * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3475                          * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3476                          */
3477                         set_pcppage_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
3478                 }
3479
3480                 set_page_private(page, pfn);
3481         }
3482
3483         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3484         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3485                 pfn = page_private(page);
3486                 set_page_private(page, 0);
3487                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3488                 trace_mm_page_free_batched(page);
3489                 free_unref_page_commit(page, pfn, migratetype, 0);
3490
3491                 /*
3492                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3493                  * a large list of pages to free.
3494                  */
3495                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3496                         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3497                         batch_count = 0;
3498                         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3499                 }
3500         }
3501         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3502 }
3503
3504 /*
3505  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3506  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3507  * Each sub-page must be freed individually.
3508  *
3509  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3510  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3511  */
3512 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3513 {
3514         int i;
3515
3516         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3517         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3518
3519         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3520                 set_page_refcounted(page + i);
3521         split_page_owner(page, 1 << order);
3522         split_page_memcg(page, 1 << order);
3523 }
3524 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3525
3526 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3527 {
3528         unsigned long watermark;
3529         struct zone *zone;
3530         int mt;
3531
3532         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3533
3534         zone = page_zone(page);
3535         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3536
3537         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3538                 /*
3539                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3540                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3541                  * watermark, because we already know our high-order page
3542                  * exists.
3543                  */
3544                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3545                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3546                         return 0;
3547
3548                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3549         }
3550
3551         /* Remove page from free list */
3552
3553         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3554
3555         /*
3556          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3557          * pageblock
3558          */
3559         if (order >= pageblock_order - 1) {
3560                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3561                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3562                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3563                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3564                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3565                                 set_pageblock_migratetype(page,
3566                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3567                 }
3568         }
3569
3570
3571         return 1UL << order;
3572 }
3573
3574 /**
3575  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3576  * @page: Page that was isolated
3577  * @order: Order of the isolated page
3578  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3579  *
3580  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3581  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3582  */
3583 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3584 {
3585         struct zone *zone = page_zone(page);
3586
3587         /* zone lock should be held when this function is called */
3588         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3589
3590         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3591         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3592                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3593 }
3594
3595 /*
3596  * Update NUMA hit/miss statistics
3597  *
3598  * Must be called with interrupts disabled.
3599  */
3600 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3601                                    long nr_account)
3602 {
3603 #ifdef CONFIG_NUMA
3604         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3605
3606         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3607         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3608                 return;
3609
3610         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3611                 local_stat = NUMA_OTHER;
3612
3613         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3614                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3615         else {
3616                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3617                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3618         }
3619         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3620 #endif
3621 }
3622
3623 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3624 static inline
3625 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3626                         int migratetype,
3627                         unsigned int alloc_flags,
3628                         struct per_cpu_pages *pcp,
3629                         struct list_head *list)
3630 {
3631         struct page *page;
3632
3633         do {
3634                 if (list_empty(list)) {
3635                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3636                         int alloced;
3637
3638                         /*
3639                          * Scale batch relative to order if batch implies
3640                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3641                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3642                          * should never store free pages as the pages may
3643                          * belong to arbitrary zones.
3644                          */
3645                         if (batch > 1)
3646                                 batch = max(batch >> order, 2);
3647                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3648                                         batch, list,
3649                                         migratetype, alloc_flags);
3650
3651                         pcp->count += alloced << order;
3652                         if (unlikely(list_empty(list)))
3653                                 return NULL;
3654                 }
3655
3656                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3657                 list_del(&page->lru);
3658                 pcp->count -= 1 << order;
3659         } while (check_new_pcp(page));
3660
3661         return page;
3662 }
3663
3664 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3665 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3666                         struct zone *zone, unsigned int order,
3667                         gfp_t gfp_flags, int migratetype,
3668                         unsigned int alloc_flags)
3669 {
3670         struct per_cpu_pages *pcp;
3671         struct list_head *list;
3672         struct page *page;
3673         unsigned long flags;
3674
3675         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3676
3677         /*
3678          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3679          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3680          * frees.
3681          */
3682         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3683         pcp->free_factor >>= 1;
3684         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3685         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3686         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3687         if (page) {
3688                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3689                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3690         }
3691         return page;
3692 }
3693
3694 /*
3695  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3696  */
3697 static inline
3698 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3699                         struct zone *zone, unsigned int order,
3700                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3701                         int migratetype)
3702 {
3703         unsigned long flags;
3704         struct page *page;
3705
3706         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3707                 /*
3708                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3709                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3710                  */
3711                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3712                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3713                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3714                                         gfp_flags, migratetype, alloc_flags);
3715                         goto out;
3716                 }
3717         }
3718
3719         /*
3720          * We most definitely don't want callers attempting to
3721          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3722          */
3723         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3724         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3725
3726         do {
3727                 page = NULL;
3728                 /*
3729                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3730                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3731                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3732                  * request should skip it.
3733                  */
3734                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3735                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3736                         if (page)
3737                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3738                 }
3739                 if (!page)
3740                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3741         } while (page && check_new_pages(page, order));
3742         if (!page)
3743                 goto failed;
3744
3745         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3746                                   get_pcppage_migratetype(page));
3747         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3748
3749         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3750         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3751
3752 out:
3753         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3754         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3755                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3756                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3757         }
3758
3759         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3760         return page;
3761
3762 failed:
3763         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3764         return NULL;
3765 }
3766
3767 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3768
3769 static struct {
3770         struct fault_attr attr;
3771
3772         bool ignore_gfp_highmem;
3773         bool ignore_gfp_reclaim;
3774         u32 min_order;
3775 } fail_page_alloc = {
3776         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3777         .ignore_gfp_reclaim = true,
3778         .ignore_gfp_highmem = true,
3779         .min_order = 1,
3780 };
3781
3782 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3783 {
3784         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3785 }
3786 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3787
3788 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3789 {
3790         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3791                 return false;
3792         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3793                 return false;
3794         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3795                 return false;
3796         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3797                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3798                 return false;
3799
3800         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3801 }
3802
3803 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3804
3805 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3806 {
3807         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3808         struct dentry *dir;
3809
3810         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3811                                         &fail_page_alloc.attr);
3812
3813         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3814                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3815         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3816                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3817         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3818
3819         return 0;
3820 }
3821
3822 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3823
3824 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3825
3826 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3827
3828 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3829 {
3830         return false;
3831 }
3832
3833 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3834
3835 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3836 {
3837         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3838 }
3839 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3840
3841 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3842                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3843 {
3844         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3845         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3846
3847         /*
3848          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3849          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3850          * atomic reserve but it avoids a search.
3851          */
3852         if (likely(!alloc_harder))
3853                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3854
3855 #ifdef CONFIG_CMA
3856         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3857         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3858                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3859 #endif
3860
3861         return unusable_free;
3862 }
3863
3864 /*
3865  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3866  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3867  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3868  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3869  */
3870 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3871                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3872                          long free_pages)
3873 {
3874         long min = mark;
3875         int o;
3876         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3877
3878         /* free_pages may go negative - that's OK */
3879         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3880
3881         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3882                 min -= min / 2;
3883
3884         if (unlikely(alloc_harder)) {
3885                 /*
3886                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3887                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3888                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3889                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3890                  */
3891                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3892                         min -= min / 2;
3893                 else
3894                         min -= min / 4;
3895         }
3896
3897         /*
3898          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3899          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3900          * even if a suitable page happened to be free.
3901          */
3902         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3903                 return false;
3904
3905         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3906         if (!order)
3907                 return true;
3908
3909         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3910         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3911                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3912                 int mt;
3913
3914                 if (!area->nr_free)
3915                         continue;
3916
3917                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3918                         if (!free_area_empty(area, mt))
3919                                 return true;
3920                 }
3921
3922 #ifdef CONFIG_CMA
3923                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3924                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3925                         return true;
3926                 }
3927 #endif
3928                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3929                         return true;
3930         }
3931         return false;
3932 }
3933
3934 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3935                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3936 {
3937         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3938                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3939 }
3940
3941 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3942                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3943                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3944 {
3945         long free_pages;
3946
3947         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3948
3949         /*
3950          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3951          * need to be calculated.
3952          */
3953         if (!order) {
3954                 long fast_free;
3955
3956                 fast_free = free_pages;
3957                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3958                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3959                         return true;
3960         }
3961
3962         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3963                                         free_pages))
3964                 return true;
3965         /*
3966          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3967          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3968          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3969          * when below the low watermark.
3970          */
3971         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3972                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3973                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3974                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3975                                         alloc_flags, free_pages);
3976         }
3977
3978         return false;
3979 }
3980
3981 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3982                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3983 {
3984         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3985
3986         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3987                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3988
3989         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3990                                                                 free_pages);
3991 }
3992
3993 #ifdef CONFIG_NUMA
3994 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3995 {
3996         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3997                                 node_reclaim_distance;
3998 }
3999 #else   /* CONFIG_NUMA */
4000 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
4001 {
4002         return true;
4003 }
4004 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4005
4006 /*
4007  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
4008  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
4009  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
4010  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
4011  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
4012  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
4013  */
4014 static inline unsigned int
4015 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
4016 {
4017         unsigned int alloc_flags;
4018
4019         /*
4020          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4021          * to save a branch.
4022          */
4023         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
4024
4025 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
4026         if (!zone)
4027                 return alloc_flags;
4028
4029         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
4030                 return alloc_flags;
4031
4032         /*
4033          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
4034          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
4035          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
4036          */
4037         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
4038         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
4039                 return alloc_flags;
4040
4041         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
4042 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
4043         return alloc_flags;
4044 }
4045
4046 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
4047 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
4048                                                   unsigned int alloc_flags)
4049 {
4050 #ifdef CONFIG_CMA
4051         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4052                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4053 #endif
4054         return alloc_flags;
4055 }
4056
4057 /*
4058  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4059  * a page.
4060  */
4061 static struct page *
4062 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4063                                                 const struct alloc_context *ac)
4064 {
4065         struct zoneref *z;
4066         struct zone *zone;
4067         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
4068         bool no_fallback;
4069
4070 retry:
4071         /*
4072          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4073          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
4074          */
4075         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4076         z = ac->preferred_zoneref;
4077         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4078                                         ac->nodemask) {
4079                 struct page *page;
4080                 unsigned long mark;
4081
4082                 if (cpusets_enabled() &&
4083                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4084                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4085                                 continue;
4086                 /*
4087                  * When allocating a page cache page for writing, we
4088                  * want to get it from a node that is within its dirty
4089                  * limit, such that no single node holds more than its
4090                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4091                  * The dirty limits take into account the node's
4092                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4093                  * should be able to balance it without having to
4094                  * write pages from its LRU list.
4095                  *
4096                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4097                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4098                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4099                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4100                  * nodes are together not big enough to reach the
4101                  * global limit.  The proper fix for these situations
4102                  * will require awareness of nodes in the
4103                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4104                  */
4105                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4106                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
4107                                 continue;
4108
4109                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
4110                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
4111                                 continue;
4112                         }
4113                 }
4114
4115                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4116                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4117                         int local_nid;
4118
4119                         /*
4120                          * If moving to a remote node, retry but allow
4121                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4122                          * than fragmentation avoidance.
4123                          */
4124                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4125                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4126                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4127                                 goto retry;
4128                         }
4129                 }
4130
4131                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4132                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4133                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4134                                        gfp_mask)) {
4135                         int ret;
4136
4137 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4138                         /*
4139                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4140                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4141                          */
4142                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4143                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4144                                         goto try_this_zone;
4145                         }
4146 #endif
4147                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4148                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4149                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4150                                 goto try_this_zone;
4151
4152                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4153                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4154                                 continue;
4155
4156                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4157                         switch (ret) {
4158                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4159                                 /* did not scan */
4160                                 continue;
4161                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4162                                 /* scanned but unreclaimable */
4163                                 continue;
4164                         default:
4165                                 /* did we reclaim enough */
4166                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4167                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4168                                         goto try_this_zone;
4169
4170                                 continue;
4171                         }
4172                 }
4173
4174 try_this_zone:
4175                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4176                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4177                 if (page) {
4178                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4179
4180                         /*
4181                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4182                          * if the pageblock should be reserved for the future
4183                          */
4184                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4185                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4186
4187                         return page;
4188                 } else {
4189 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4190                         /* Try again if zone has deferred pages */
4191                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4192                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4193                                         goto try_this_zone;
4194                         }
4195 #endif
4196                 }
4197         }
4198
4199         /*
4200          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4201          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4202          */
4203         if (no_fallback) {
4204                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4205                 goto retry;
4206         }
4207
4208         return NULL;
4209 }
4210
4211 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4212 {
4213         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4214
4215         /*
4216          * This documents exceptions given to allocations in certain
4217          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4218          * of allowed nodes.
4219          */
4220         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4221                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4222                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4223                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4224         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4225                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4226
4227         show_mem(filter, nodemask);
4228 }
4229
4230 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4231 {
4232         struct va_format vaf;
4233         va_list args;
4234         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4235
4236         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
4237                 return;
4238
4239         va_start(args, fmt);
4240         vaf.fmt = fmt;
4241         vaf.va = &args;
4242         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4243                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4244                         nodemask_pr_args(nodemask));
4245         va_end(args);
4246
4247         cpuset_print_current_mems_allowed();
4248         pr_cont("\n");
4249         dump_stack();
4250         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4251 }
4252
4253 static inline struct page *
4254 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4255                               unsigned int alloc_flags,
4256                               const struct alloc_context *ac)
4257 {
4258         struct page *page;
4259
4260         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4261                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4262         /*
4263          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4264          * are depleted
4265          */
4266         if (!page)
4267                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4268                                 alloc_flags, ac);
4269
4270         return page;
4271 }
4272
4273 static inline struct page *
4274 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4275         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4276 {
4277         struct oom_control oc = {
4278                 .zonelist = ac->zonelist,
4279                 .nodemask = ac->nodemask,
4280                 .memcg = NULL,
4281                 .gfp_mask = gfp_mask,
4282                 .order = order,
4283         };
4284         struct page *page;
4285
4286         *did_some_progress = 0;
4287
4288         /*
4289          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4290          * making progress for us.
4291          */
4292         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4293                 *did_some_progress = 1;
4294                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4295                 return NULL;
4296         }
4297
4298         /*
4299          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4300          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4301          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4302          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4303          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4304          */
4305         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4306                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4307                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4308         if (page)
4309                 goto out;
4310
4311         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4312         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4313                 goto out;
4314         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4315         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4316                 goto out;
4317         /*
4318          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4319          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4320          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4321          * fallback than shooting a random task.
4322          *
4323          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4324          */
4325         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4326                 goto out;
4327         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4328         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4329                 goto out;
4330         if (pm_suspended_storage())
4331                 goto out;
4332         /*
4333          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4334          * other request to make a forward progress.
4335          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4336          * do much for this context but let's try it to at least get
4337          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4338          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4339          * failures more gracefully we should just bail out here.
4340          */
4341
4342         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4343         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4344                 *did_some_progress = 1;
4345
4346                 /*
4347                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4348                  * reserves
4349                  */
4350                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4351                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4352                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4353         }
4354 out:
4355         mutex_unlock(&oom_lock);
4356         return page;
4357 }
4358
4359 /*
4360  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4361  * killer is consider as the only way to move forward.
4362  */
4363 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4364
4365 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4366 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4367 static struct page *
4368 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4369                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4370                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4371 {
4372         struct page *page = NULL;
4373         unsigned long pflags;
4374         unsigned int noreclaim_flag;
4375
4376         if (!order)
4377                 return NULL;
4378
4379         psi_memstall_enter(&pflags);
4380         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4381
4382         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4383                                                                 prio, &page);
4384
4385         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4386         psi_memstall_leave(&pflags);
4387
4388         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4389                 return NULL;
4390         /*
4391          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4392          * count a compaction stall
4393          */
4394         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4395
4396         /* Prep a captured page if available */
4397         if (page)
4398                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4399
4400         /* Try get a page from the freelist if available */
4401         if (!page)
4402                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4403
4404         if (page) {
4405                 struct zone *zone = page_zone(page);
4406
4407                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4408                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4409                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4410                 return page;
4411         }
4412
4413         /*
4414          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4415          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4416          */
4417         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4418
4419         cond_resched();
4420
4421         return NULL;
4422 }
4423
4424 static inline bool
4425 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4426                      enum compact_result compact_result,
4427                      enum compact_priority *compact_priority,
4428                      int *compaction_retries)
4429 {
4430         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4431         int min_priority;
4432         bool ret = false;
4433         int retries = *compaction_retries;
4434         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4435
4436         if (!order)
4437                 return false;
4438
4439         if (fatal_signal_pending(current))
4440                 return false;
4441
4442         if (compaction_made_progress(compact_result))
4443                 (*compaction_retries)++;
4444
4445         /*
4446          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4447          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4448          * failure could be caused by insufficient priority
4449          */
4450         if (compaction_failed(compact_result))
4451                 goto check_priority;
4452
4453         /*
4454          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4455          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4456          */
4457         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4458                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4459                 goto out;
4460         }
4461
4462         /*
4463          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4464          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4465          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4466          * we don't just keep bailing out endlessly.
4467          */
4468         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4469                 goto check_priority;
4470         }
4471
4472         /*
4473          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4474          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4475          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4476          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4477          * would need much more detailed feedback from compaction to
4478          * make a better decision.
4479          */
4480         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4481                 max_retries /= 4;
4482         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4483                 ret = true;
4484                 goto out;
4485         }
4486
4487         /*
4488          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4489          * all retries or failed at the lower priorities.
4490          */
4491 check_priority:
4492         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4493                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4494
4495         if (*compact_priority > min_priority) {
4496                 (*compact_priority)--;
4497                 *compaction_retries = 0;
4498                 ret = true;
4499         }
4500 out:
4501         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4502         return ret;
4503 }
4504 #else
4505 static inline struct page *
4506 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4507                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4508                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4509 {
4510         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4511         return NULL;
4512 }
4513
4514 static inline bool
4515 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4516                      enum compact_result compact_result,
4517                      enum compact_priority *compact_priority,
4518                      int *compaction_retries)
4519 {
4520         struct zone *zone;
4521         struct zoneref *z;
4522
4523         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4524                 return false;
4525
4526         /*
4527          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4528          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4529          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4530          * watermarks are OK.
4531          */
4532         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4533                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4534                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4535                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4536                         return true;
4537         }
4538         return false;
4539 }
4540 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4541
4542 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4543 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4544         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4545
4546 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4547 {
4548         /* no reclaim without waiting on it */
4549         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4550                 return false;
4551
4552         /* this guy won't enter reclaim */
4553         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4554                 return false;
4555
4556         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4557                 return false;
4558
4559         return true;
4560 }
4561
4562 void __fs_reclaim_acquire(void)
4563 {
4564         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4565 }
4566
4567 void __fs_reclaim_release(void)
4568 {
4569         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4570 }
4571
4572 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4573 {
4574         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4575
4576         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4577                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4578                         __fs_reclaim_acquire();
4579
4580 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4581                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4582                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4583 #endif
4584
4585         }
4586 }
4587 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4588
4589 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4590 {
4591         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4592
4593         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4594                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4595                         __fs_reclaim_release();
4596         }
4597 }
4598 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4599 #endif
4600
4601 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4602 static unsigned long
4603 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4604                                         const struct alloc_context *ac)
4605 {
4606         unsigned int noreclaim_flag;
4607         unsigned long pflags, progress;
4608
4609         cond_resched();
4610
4611         /* We now go into synchronous reclaim */
4612         cpuset_memory_pressure_bump();
4613         psi_memstall_enter(&pflags);
4614         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4615         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4616
4617         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4618                                                                 ac->nodemask);
4619
4620         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4621         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4622         psi_memstall_leave(&pflags);
4623
4624         cond_resched();
4625
4626         return progress;
4627 }
4628
4629 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4630 static inline struct page *
4631 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4632                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4633                 unsigned long *did_some_progress)
4634 {
4635         struct page *page = NULL;
4636         bool drained = false;
4637
4638         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4639         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4640                 return NULL;
4641
4642 retry:
4643         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4644
4645         /*
4646          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4647          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4648          * Shrink them and try again
4649          */
4650         if (!page && !drained) {
4651                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4652                 drain_all_pages(NULL);
4653                 drained = true;
4654                 goto retry;
4655         }
4656
4657         return page;
4658 }
4659
4660 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4661                              const struct alloc_context *ac)
4662 {
4663         struct zoneref *z;
4664         struct zone *zone;
4665         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4666         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4667
4668         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4669                                         ac->nodemask) {
4670                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4671                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4672                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4673         }
4674 }
4675
4676 static inline unsigned int
4677 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4678 {
4679         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4680
4681         /*
4682          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4683          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4684          * to save two branches.
4685          */
4686         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4687         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4688
4689         /*
4690          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4691          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4692          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4693          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4694          */
4695         alloc_flags |= (__force int)
4696                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4697
4698         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4699                 /*
4700                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4701                  * if it can't schedule.
4702                  */
4703                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4704                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4705                 /*
4706                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4707                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4708                  */
4709                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4710         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4711                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4712
4713         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4714
4715         return alloc_flags;
4716 }
4717
4718 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4719 {
4720         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4721                 return false;
4722
4723         /*
4724          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4725          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4726          */
4727         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4728                 return false;
4729
4730         return true;
4731 }
4732
4733 /*
4734  * Distinguish requests which really need access to full memory
4735  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4736  */
4737 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4738 {
4739         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4740                 return 0;
4741         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4742                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4743         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4744                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4745         if (!in_interrupt()) {
4746                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4747                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4748                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4749                         return ALLOC_OOM;
4750         }
4751
4752         return 0;
4753 }
4754
4755 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4756 {
4757         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4758 }
4759
4760 /*
4761  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4762  * for the given allocation request.
4763  *
4764  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4765  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4766  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4767  *
4768  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4769  */
4770 static inline bool
4771 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4772                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4773                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4774 {
4775         struct zone *zone;
4776         struct zoneref *z;
4777         bool ret = false;
4778
4779         /*
4780          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4781          * their order will become available due to high fragmentation so
4782          * always increment the no progress counter for them
4783          */
4784         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4785                 *no_progress_loops = 0;
4786         else
4787                 (*no_progress_loops)++;
4788
4789         /*
4790          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4791          * several times in the row.
4792          */
4793         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4794                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4795                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4796         }
4797
4798         /*
4799          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4800          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4801          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4802          * screwed and have to go OOM.
4803          */
4804         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4805                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4806                 unsigned long available;
4807                 unsigned long reclaimable;
4808                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4809                 bool wmark;
4810
4811                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4812                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4813
4814                 /*
4815                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4816                  * reclaimable pages?
4817                  */
4818                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4819                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4820                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4821                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4822                 if (wmark) {
4823                         /*
4824                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4825                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4826                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4827                          * prevent from pre mature OOM
4828                          */
4829                         if (!did_some_progress) {
4830                                 unsigned long write_pending;
4831
4832                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4833                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4834
4835                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4836                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4837                                         return true;
4838                                 }
4839                         }
4840
4841                         ret = true;
4842                         goto out;
4843                 }
4844         }
4845
4846 out:
4847         /*
4848          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4849          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4850          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4851          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4852          * here rather than calling cond_resched().
4853          */
4854         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4855                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4856         else
4857                 cond_resched();
4858         return ret;
4859 }
4860
4861 static inline bool
4862 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4863 {
4864         /*
4865          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4866          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4867          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4868          * such a way the check therein was true, and then it became false
4869          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4870          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4871          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4872          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4873          * caller can deal with a violated nodemask.
4874          */
4875         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4876                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4877                 ac->nodemask = NULL;
4878                 return true;
4879         }
4880
4881         /*
4882          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4883          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4884          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4885          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4886          * retry.
4887          */
4888         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4889                 return true;
4890
4891         return false;
4892 }
4893
4894 static inline struct page *
4895 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4896                                                 struct alloc_context *ac)
4897 {
4898         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4899         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4900         struct page *page = NULL;
4901         unsigned int alloc_flags;
4902         unsigned long did_some_progress;
4903         enum compact_priority compact_priority;
4904         enum compact_result compact_result;
4905         int compaction_retries;
4906         int no_progress_loops;
4907         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4908         int reserve_flags;
4909
4910         /*
4911          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4912          * callers that are not in atomic context.
4913          */
4914         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4915                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4916                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4917
4918 retry_cpuset:
4919         compaction_retries = 0;
4920         no_progress_loops = 0;
4921         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4922         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4923
4924         /*
4925          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4926          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4927          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4928          */
4929         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4930
4931         /*
4932          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4933          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4934          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4935          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4936          */
4937         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4938                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4939         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4940                 goto nopage;
4941
4942         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4943                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4944
4945         /*
4946          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4947          * that first
4948          */
4949         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4950         if (page)
4951                 goto got_pg;
4952
4953         /*
4954          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4955          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4956          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4957          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4958          * same migratetype.
4959          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4960          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4961          */
4962         if (can_direct_reclaim &&
4963                         (costly_order ||
4964                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4965                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4966                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4967                                                 alloc_flags, ac,
4968                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4969                                                 &compact_result);
4970                 if (page)
4971                         goto got_pg;
4972
4973                 /*
4974                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4975                  * includes some THP page fault allocations
4976                  */
4977                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4978                         /*
4979                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4980                          * failed because all zones are below low watermarks
4981                          * or is prohibited because it recently failed at this
4982                          * order, fail immediately unless the allocator has
4983                          * requested compaction and reclaim retry.
4984                          *
4985                          * Reclaim is
4986                          *  - potentially very expensive because zones are far
4987                          *    below their low watermarks or this is part of very
4988                          *    bursty high order allocations,
4989                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4990                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4991                          *    linear scan, and
4992                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4993                          *    own.
4994                          */
4995                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4996                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4997                                 goto nopage;
4998
4999                         /*
5000                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
5001                          * sync compaction could be very expensive, so keep
5002                          * using async compaction.
5003                          */
5004                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
5005                 }
5006         }
5007
5008 retry:
5009         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
5010         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
5011                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
5012
5013         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
5014         if (reserve_flags)
5015                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
5016
5017         /*
5018          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
5019          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
5020          * user oriented.
5021          */
5022         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
5023                 ac->nodemask = NULL;
5024                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5025                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5026         }
5027
5028         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
5029         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5030         if (page)
5031                 goto got_pg;
5032
5033         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
5034         if (!can_direct_reclaim)
5035                 goto nopage;
5036
5037         /* Avoid recursion of direct reclaim */
5038         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
5039                 goto nopage;
5040
5041         /* Try direct reclaim and then allocating */
5042         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5043                                                         &did_some_progress);
5044         if (page)
5045                 goto got_pg;
5046
5047         /* Try direct compaction and then allocating */
5048         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5049                                         compact_priority, &compact_result);
5050         if (page)
5051                 goto got_pg;
5052
5053         /* Do not loop if specifically requested */
5054         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5055                 goto nopage;
5056
5057         /*
5058          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5059          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5060          */
5061         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5062                 goto nopage;
5063
5064         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5065                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5066                 goto retry;
5067
5068         /*
5069          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5070          * reclaim is not able to make any progress because the current
5071          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5072          * of free memory (see __compaction_suitable)
5073          */
5074         if (did_some_progress > 0 &&
5075                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5076                                 compact_result, &compact_priority,
5077                                 &compaction_retries))
5078                 goto retry;
5079
5080
5081         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
5082         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5083                 goto retry_cpuset;
5084
5085         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5086         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5087         if (page)
5088                 goto got_pg;
5089
5090         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5091         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5092             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5093              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5094                 goto nopage;
5095
5096         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5097         if (did_some_progress) {
5098                 no_progress_loops = 0;
5099                 goto retry;
5100         }
5101
5102 nopage:
5103         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
5104         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5105                 goto retry_cpuset;
5106
5107         /*
5108          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5109          * we always retry
5110          */
5111         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5112                 /*
5113                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5114                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5115                  */
5116                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
5117                         goto fail;
5118
5119                 /*
5120                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5121                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5122                  * for somebody to do a work for us
5123                  */
5124                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
5125
5126                 /*
5127                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5128                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5129                  * so that we can identify them and convert them to something
5130                  * else.
5131                  */
5132                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
5133
5134                 /*
5135                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5136                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5137                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5138                  * the situation worse
5139                  */
5140                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5141                 if (page)
5142                         goto got_pg;
5143
5144                 cond_resched();
5145                 goto retry;
5146         }
5147 fail:
5148         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5149                         "page allocation failure: order:%u", order);
5150 got_pg:
5151         return page;
5152 }
5153
5154 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5155                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5156                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5157                 unsigned int *alloc_flags)
5158 {
5159         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5160         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5161         ac->nodemask = nodemask;
5162         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5163
5164         if (cpusets_enabled()) {
5165                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5166                 /*
5167                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5168                  * to the current task context. It means that any node ok.
5169                  */
5170                 if (!in_interrupt() && !ac->nodemask)
5171                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5172                 else
5173                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5174         }
5175
5176         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
5177         fs_reclaim_release(gfp_mask);
5178
5179         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
5180
5181         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5182                 return false;
5183
5184         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5185
5186         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5187         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5188
5189         /*
5190          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5191          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5192          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5193          */
5194         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5195                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5196
5197         return true;
5198 }
5199
5200 /*
5201  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5202  * @gfp: GFP flags for the allocation
5203  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5204  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5205  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5206  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5207  * @page_array: Optional array to store the pages
5208  *
5209  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5210  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5211  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5212  *
5213  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5214  *
5215  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5216  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5217  *
5218  * Returns the number of pages on the list or array.
5219  */
5220 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5221                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5222                         struct list_head *page_list,
5223                         struct page **page_array)
5224 {
5225         struct page *page;
5226         unsigned long flags;
5227         struct zone *zone;
5228         struct zoneref *z;
5229         struct per_cpu_pages *pcp;
5230         struct list_head *pcp_list;
5231         struct alloc_context ac;
5232         gfp_t alloc_gfp;
5233         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5234         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5235
5236         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5237                 return 0;
5238
5239         /*
5240          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5241          * to be allocated before disabling IRQs.
5242          */
5243         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5244                 nr_populated++;
5245
5246         /* Already populated array? */
5247         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5248                 return nr_populated;
5249
5250         /* Use the single page allocator for one page. */
5251         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5252                 goto failed;
5253
5254         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5255         gfp &= gfp_allowed_mask;
5256         alloc_gfp = gfp;
5257         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5258                 return 0;
5259         gfp = alloc_gfp;
5260
5261         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5262         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5263                 unsigned long mark;
5264
5265                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5266                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5267                         continue;
5268                 }
5269
5270                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5271                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5272                         goto failed;
5273                 }
5274
5275                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5276                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5277                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5278                                 alloc_flags, gfp)) {
5279                         break;
5280                 }
5281         }
5282
5283         /*
5284          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5285          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5286          */
5287         if (unlikely(!zone))
5288                 goto failed;
5289
5290         /* Attempt the batch allocation */
5291         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
5292         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
5293         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5294
5295         while (nr_populated < nr_pages) {
5296
5297                 /* Skip existing pages */
5298                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5299                         nr_populated++;
5300                         continue;
5301                 }
5302
5303                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5304                                                                 pcp, pcp_list);
5305                 if (unlikely(!page)) {
5306                         /* Try and get at least one page */
5307                         if (!nr_populated)
5308                                 goto failed_irq;
5309                         break;
5310                 }
5311                 nr_account++;
5312
5313                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5314                 if (page_list)
5315                         list_add(&page->lru, page_list);
5316                 else
5317                         page_array[nr_populated] = page;
5318                 nr_populated++;
5319         }
5320
5321         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5322
5323         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5324         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5325
5326         return nr_populated;
5327
5328 failed_irq:
5329         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5330
5331 failed:
5332         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5333         if (page) {
5334                 if (page_list)
5335                         list_add(&page->lru, page_list);
5336                 else
5337                         page_array[nr_populated] = page;
5338                 nr_populated++;
5339         }
5340
5341         return nr_populated;
5342 }
5343 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5344
5345 /*
5346  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5347  */
5348 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5349                                                         nodemask_t *nodemask)
5350 {
5351         struct page *page;
5352         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5353         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5354         struct alloc_context ac = { };
5355
5356         /*
5357          * There are several places where we assume that the order value is sane
5358          * so bail out early if the request is out of bound.
5359          */
5360         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
5361                 WARN_ON_ONCE(!(gfp & __GFP_NOWARN));
5362                 return NULL;
5363         }
5364
5365         gfp &= gfp_allowed_mask;
5366         /*
5367          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5368          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5369          * from a particular context which has been marked by
5370          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5371          * movable zones are not used during allocation.
5372          */
5373         gfp = current_gfp_context(gfp);
5374         alloc_gfp = gfp;
5375         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5376                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5377                 return NULL;
5378
5379         /*
5380          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5381          * memory until all local zones are considered.
5382          */
5383         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5384
5385         /* First allocation attempt */
5386         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5387         if (likely(page))
5388                 goto out;
5389
5390         alloc_gfp = gfp;
5391         ac.spread_dirty_pages = false;
5392
5393         /*
5394          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5395          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5396          */
5397         ac.nodemask = nodemask;
5398
5399         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5400
5401 out:
5402         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5403             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5404                 __free_pages(page, order);
5405                 page = NULL;
5406         }
5407
5408         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5409
5410         return page;
5411 }
5412 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5413
5414 /*
5415  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5416  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5417  * you need to access high mem.
5418  */
5419 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5420 {
5421         struct page *page;
5422
5423         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5424         if (!page)
5425                 return 0;
5426         return (unsigned long) page_address(page);
5427 }
5428 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5429
5430 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5431 {
5432         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5433 }
5434 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5435
5436 /**
5437  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5438  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5439  * @order: The order of the allocation.
5440  *
5441  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5442  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5443  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5444  * than was allocated will probably emit a warning.
5445  *
5446  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5447  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5448  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5449  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5450  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5451  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5452  *
5453  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5454  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5455  */
5456 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5457 {
5458         if (put_page_testzero(page))
5459                 free_the_page(page, order);
5460         else if (!PageHead(page))
5461                 while (order-- > 0)
5462                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5463 }
5464 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5465
5466 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5467 {
5468         if (addr != 0) {
5469                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5470                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5471         }
5472 }
5473
5474 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5475
5476 /*
5477  * Page Fragment:
5478  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5479  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5480  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5481  *
5482  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5483  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5484  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5485  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5486  */
5487 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5488                                              gfp_t gfp_mask)
5489 {
5490         struct page *page = NULL;
5491         gfp_t gfp = gfp_mask;
5492
5493 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5494         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5495                     __GFP_NOMEMALLOC;
5496         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5497                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5498         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5499 #endif
5500         if (unlikely(!page))
5501                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5502
5503         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5504
5505         return page;
5506 }
5507
5508 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5509 {
5510         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5511
5512         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5513                 free_the_page(page, compound_order(page));
5514 }
5515 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5516
5517 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5518                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5519                       unsigned int align_mask)
5520 {
5521         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5522         struct page *page;
5523         int offset;
5524
5525         if (unlikely(!nc->va)) {
5526 refill:
5527                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5528                 if (!page)
5529                         return NULL;
5530
5531 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5532                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5533                 size = nc->size;
5534 #endif
5535                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5536                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5537                  */
5538                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5539
5540                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5541                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5542                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5543                 nc->offset = size;
5544         }
5545
5546         offset = nc->offset - fragsz;
5547         if (unlikely(offset < 0)) {
5548                 page = virt_to_page(nc->va);
5549
5550                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5551                         goto refill;
5552
5553                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5554                         free_the_page(page, compound_order(page));
5555                         goto refill;
5556                 }
5557
5558 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5559                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5560                 size = nc->size;
5561 #endif
5562                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5563                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5564
5565                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5566                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5567                 offset = size - fragsz;
5568         }
5569
5570         nc->pagecnt_bias--;
5571         offset &= align_mask;
5572         nc->offset = offset;
5573
5574         return nc->va + offset;
5575 }
5576 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5577
5578 /*
5579  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5580  */
5581 void page_frag_free(void *addr)
5582 {
5583         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5584
5585         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5586                 free_the_page(page, compound_order(page));
5587 }
5588 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5589
5590 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5591                 size_t size)
5592 {
5593         if (addr) {
5594                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5595                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5596
5597                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5598                 while (used < alloc_end) {
5599                         free_page(used);
5600                         used += PAGE_SIZE;
5601                 }
5602         }
5603         return (void *)addr;
5604 }
5605
5606 /**
5607  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5608  * @size: the number of bytes to allocate
5609  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5610  *
5611  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5612  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5613  * allocate memory in power-of-two pages.
5614  *
5615  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5616  *
5617  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5618  *
5619  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5620  */
5621 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5622 {
5623         unsigned int order = get_order(size);
5624         unsigned long addr;
5625
5626         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5627                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5628
5629         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5630         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5631 }
5632 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5633
5634 /**
5635  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5636  *                         pages on a node.
5637  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5638  * @size: the number of bytes to allocate
5639  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5640  *
5641  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5642  * back.
5643  *
5644  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5645  */
5646 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5647 {
5648         unsigned int order = get_order(size);
5649         struct page *p;
5650
5651         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5652                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5653
5654         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5655         if (!p)
5656                 return NULL;
5657         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5658 }
5659
5660 /**
5661  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5662  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5663  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5664  *
5665  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5666  */
5667 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5668 {
5669         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5670         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5671
5672         while (addr < end) {
5673                 free_page(addr);
5674                 addr += PAGE_SIZE;
5675         }
5676 }
5677 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5678
5679 /**
5680  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5681  * @offset: The zone index of the highest zone
5682  *
5683  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5684  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5685  * zone, the number of pages is calculated as:
5686  *
5687  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5688  *
5689  * Return: number of pages beyond high watermark.
5690  */
5691 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5692 {
5693         struct zoneref *z;
5694         struct zone *zone;
5695
5696         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5697         unsigned long sum = 0;
5698
5699         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5700
5701         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5702                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5703                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5704                 if (size > high)
5705                         sum += size - high;
5706         }
5707
5708         return sum;
5709 }
5710
5711 /**
5712  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5713  *
5714  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5715  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5716  *
5717  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5718  * ZONE_NORMAL.
5719  */
5720 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5721 {
5722         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5723 }
5724 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5725
5726 static inline void show_node(struct zone *zone)
5727 {
5728         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5729                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5730 }
5731
5732 long si_mem_available(void)
5733 {
5734         long available;
5735         unsigned long pagecache;
5736         unsigned long wmark_low = 0;
5737         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5738         unsigned long reclaimable;
5739         struct zone *zone;
5740         int lru;
5741
5742         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5743                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5744
5745         for_each_zone(zone)
5746                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5747
5748         /*
5749          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5750          * without causing swapping.
5751          */
5752         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5753
5754         /*
5755          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5756          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5757          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5758          */
5759         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5760         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5761         available += pagecache;
5762
5763         /*
5764          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5765          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5766          * low watermark.
5767          */
5768         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5769                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5770         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5771
5772         if (available < 0)
5773                 available = 0;
5774         return available;
5775 }
5776 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5777
5778 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5779 {
5780         val->totalram = totalram_pages();
5781         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5782         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5783         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5784         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5785         val->freehigh = nr_free_highpages();
5786         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5787 }
5788
5789 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5790
5791 #ifdef CONFIG_NUMA
5792 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5793 {
5794         int zone_type;          /* needs to be signed */
5795         unsigned long managed_pages = 0;
5796         unsigned long managed_highpages = 0;
5797         unsigned long free_highpages = 0;
5798         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5799
5800         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5801                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5802         val->totalram = managed_pages;
5803         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5804         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5805 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5806         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5807                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5808
5809                 if (is_highmem(zone)) {
5810                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5811                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5812                 }
5813         }
5814         val->totalhigh = managed_highpages;
5815         val->freehigh = free_highpages;
5816 #else
5817         val->totalhigh = managed_highpages;
5818         val->freehigh = free_highpages;
5819 #endif
5820         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5821 }
5822 #endif
5823
5824 /*
5825  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5826  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5827  */
5828 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5829 {
5830         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5831                 return false;
5832
5833         /*
5834          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5835          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5836          * have to be precise here.
5837          */
5838         if (!nodemask)
5839                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5840
5841         return !node_isset(nid, *nodemask);
5842 }
5843
5844 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5845
5846 static void show_migration_types(unsigned char type)
5847 {
5848         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5849                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5850                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5851                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5852                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5853 #ifdef CONFIG_CMA
5854                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5855 #endif
5856 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5857                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5858 #endif
5859         };
5860         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5861         char *p = tmp;
5862         int i;
5863
5864         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5865                 if (type & (1 << i))
5866                         *p++ = types[i];
5867         }
5868
5869         *p = '\0';
5870         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5871 }
5872
5873 /*
5874  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5875  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5876  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5877  *
5878  * Bits in @filter:
5879  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5880  *   cpuset.
5881  */
5882 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5883 {
5884         unsigned long free_pcp = 0;
5885         int cpu;
5886         struct zone *zone;
5887         pg_data_t *pgdat;
5888
5889         for_each_populated_zone(zone) {
5890                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5891                         continue;
5892
5893                 for_each_online_cpu(cpu)
5894                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5895         }
5896
5897         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5898                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5899                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5900                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5901                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5902                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5903                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5904                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5905                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5906                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5907                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5908                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5909                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5910                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5911                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5912                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5913                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5914                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5915                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5916                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5917                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5918                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5919                 free_pcp,
5920                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5921
5922         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5923                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5924                         continue;
5925
5926                 printk("Node %d"
5927                         " active_anon:%lukB"
5928                         " inactive_anon:%lukB"
5929                         " active_file:%lukB"
5930                         " inactive_file:%lukB"
5931                         " unevictable:%lukB"
5932                         " isolated(anon):%lukB"
5933                         " isolated(file):%lukB"
5934                         " mapped:%lukB"
5935                         " dirty:%lukB"
5936                         " writeback:%lukB"
5937                         " shmem:%lukB"
5938 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5939                         " shmem_thp: %lukB"
5940                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5941                         " anon_thp: %lukB"
5942 #endif
5943                         " writeback_tmp:%lukB"
5944                         " kernel_stack:%lukB"
5945 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5946                         " shadow_call_stack:%lukB"
5947 #endif
5948                         " pagetables:%lukB"
5949                         " all_unreclaimable? %s"
5950                         "\n",
5951                         pgdat->node_id,
5952                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5953                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5954                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5955                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5956                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5957                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5958                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5959                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5960                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5961                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5962                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5963 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5964                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
5965                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
5966                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
5967 #endif
5968                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5969                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5970 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5971                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5972 #endif
5973                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
5974                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5975                                 "yes" : "no");
5976         }
5977
5978         for_each_populated_zone(zone) {
5979                 int i;
5980
5981                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5982                         continue;
5983
5984                 free_pcp = 0;
5985                 for_each_online_cpu(cpu)
5986                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5987
5988                 show_node(zone);
5989                 printk(KERN_CONT
5990                         "%s"
5991                         " free:%lukB"
5992                         " min:%lukB"
5993                         " low:%lukB"
5994                         " high:%lukB"
5995                         " reserved_highatomic:%luKB"
5996                         " active_anon:%lukB"
5997                         " inactive_anon:%lukB"
5998                         " active_file:%lukB"
5999                         " inactive_file:%lukB"
6000                         " unevictable:%lukB"
6001                         " writepending:%lukB"
6002                         " present:%lukB"
6003                         " managed:%lukB"
6004                         " mlocked:%lukB"
6005                         " bounce:%lukB"
6006                         " free_pcp:%lukB"
6007                         " local_pcp:%ukB"
6008                         " free_cma:%lukB"
6009                         "\n",
6010                         zone->name,
6011                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
6012                         K(min_wmark_pages(zone)),
6013                         K(low_wmark_pages(zone)),
6014                         K(high_wmark_pages(zone)),
6015                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
6016                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
6017                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
6018                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
6019                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
6020                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6021                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6022                         K(zone->present_pages),
6023                         K(zone_managed_pages(zone)),
6024                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6025                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6026                         K(free_pcp),
6027                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6028                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6029                 printk("lowmem_reserve[]:");
6030                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6031                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6032                 printk(KERN_CONT "\n");
6033         }
6034
6035         for_each_populated_zone(zone) {
6036                 unsigned int order;
6037                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6038                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6039
6040                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6041                         continue;
6042                 show_node(zone);
6043                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6044
6045                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6046                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6047                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6048                         int type;
6049
6050                         nr[order] = area->nr_free;
6051                         total += nr[order] << order;
6052
6053                         types[order] = 0;
6054                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6055                                 if (!free_area_empty(area, type))
6056                                         types[order] |= 1 << type;
6057                         }
6058                 }
6059                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6060                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6061                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6062                                nr[order], K(1UL) << order);
6063                         if (nr[order])
6064                                 show_migration_types(types[order]);
6065                 }
6066                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6067         }
6068
6069         hugetlb_show_meminfo();
6070
6071         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6072
6073         show_swap_cache_info();
6074 }
6075
6076 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6077 {
6078         zoneref->zone = zone;
6079         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6080 }
6081
6082 /*
6083  * Builds allocation fallback zone lists.
6084  *
6085  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6086  */
6087 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6088 {
6089         struct zone *zone;
6090         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6091         int nr_zones = 0;
6092
6093         do {
6094                 zone_type--;
6095                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6096                 if (managed_zone(zone)) {
6097                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6098                         check_highest_zone(zone_type);
6099                 }
6100         } while (zone_type);
6101
6102         return nr_zones;
6103 }
6104
6105 #ifdef CONFIG_NUMA
6106
6107 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6108 {
6109         /*
6110          * We used to support different zonelists modes but they turned
6111          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6112          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6113          * not fail it silently
6114          */
6115         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6116                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6117                 return -EINVAL;
6118         }
6119         return 0;
6120 }
6121
6122 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6123
6124 /*
6125  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6126  */
6127 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6128                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6129 {
6130         if (write)
6131                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6132         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6133 }
6134
6135
6136 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
6137 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6138
6139 /**
6140  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6141  * @node: node whose fallback list we're appending
6142  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6143  *
6144  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6145  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6146  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6147  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6148  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6149  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6150  * on them otherwise.
6151  *
6152  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6153  */
6154 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6155 {
6156         int n, val;
6157         int min_val = INT_MAX;
6158         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6159
6160         /* Use the local node if we haven't already */
6161         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6162                 node_set(node, *used_node_mask);
6163                 return node;
6164         }
6165
6166         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6167
6168                 /* Don't want a node to appear more than once */
6169                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6170                         continue;
6171
6172                 /* Use the distance array to find the distance */
6173                 val = node_distance(node, n);
6174
6175                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6176                 val += (n < node);
6177
6178                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6179                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6180                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6181
6182                 /* Slight preference for less loaded node */
6183                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
6184                 val += node_load[n];
6185
6186                 if (val < min_val) {
6187                         min_val = val;
6188                         best_node = n;
6189                 }
6190         }
6191
6192         if (best_node >= 0)
6193                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6194
6195         return best_node;
6196 }
6197
6198
6199 /*
6200  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6201  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6202  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6203  */
6204 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6205                 unsigned nr_nodes)
6206 {
6207         struct zoneref *zonerefs;
6208         int i;
6209
6210         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6211
6212         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6213                 int nr_zones;
6214
6215                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6216
6217                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6218                 zonerefs += nr_zones;
6219         }
6220         zonerefs->zone = NULL;
6221         zonerefs->zone_idx = 0;
6222 }
6223
6224 /*
6225  * Build gfp_thisnode zonelists
6226  */
6227 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6228 {
6229         struct zoneref *zonerefs;
6230         int nr_zones;
6231
6232         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6233         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6234         zonerefs += nr_zones;
6235         zonerefs->zone = NULL;
6236         zonerefs->zone_idx = 0;
6237 }
6238
6239 /*
6240  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6241  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6242  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6243  * may still exist in local DMA zone.
6244  */
6245
6246 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6247 {
6248         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6249         int node, load, nr_nodes = 0;
6250         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6251         int local_node, prev_node;
6252
6253         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6254         local_node = pgdat->node_id;
6255         load = nr_online_nodes;
6256         prev_node = local_node;
6257
6258         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6259         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6260                 /*
6261                  * We don't want to pressure a particular node.
6262                  * So adding penalty to the first node in same
6263                  * distance group to make it round-robin.
6264                  */
6265                 if (node_distance(local_node, node) !=
6266                     node_distance(local_node, prev_node))
6267                         node_load[node] = load;
6268
6269                 node_order[nr_nodes++] = node;
6270                 prev_node = node;
6271                 load--;
6272         }
6273
6274         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6275         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6276 }
6277
6278 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6279 /*
6280  * Return node id of node used for "local" allocations.
6281  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6282  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6283  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6284  */
6285 int local_memory_node(int node)
6286 {
6287         struct zoneref *z;
6288
6289         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6290                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6291                                    NULL);
6292         return zone_to_nid(z->zone);
6293 }
6294 #endif
6295
6296 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6297 static void setup_min_slab_ratio(void);
6298 #else   /* CONFIG_NUMA */
6299
6300 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6301 {
6302         int node, local_node;
6303         struct zoneref *zonerefs;
6304         int nr_zones;
6305
6306         local_node = pgdat->node_id;
6307
6308         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6309         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6310         zonerefs += nr_zones;
6311
6312         /*
6313          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6314          * of all the other nodes.
6315          * We don't want to pressure a particular node, so when
6316          * building the zones for node N, we make sure that the
6317          * zones coming right after the local ones are those from
6318          * node N+1 (modulo N)
6319          */
6320         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6321                 if (!node_online(node))
6322                         continue;
6323                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6324                 zonerefs += nr_zones;
6325         }
6326         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6327                 if (!node_online(node))
6328                         continue;
6329                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6330                 zonerefs += nr_zones;
6331         }
6332
6333         zonerefs->zone = NULL;
6334         zonerefs->zone_idx = 0;
6335 }
6336
6337 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6338
6339 /*
6340  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6341  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6342  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6343  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6344  * with interrupts disabled.
6345  *
6346  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6347  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6348  * hotplugged processors.
6349  *
6350  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6351  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6352  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6353  */
6354 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6355 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6356 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6357 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6358 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6359 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6360 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6361
6362 static void __build_all_zonelists(void *data)
6363 {
6364         int nid;
6365         int __maybe_unused cpu;
6366         pg_data_t *self = data;
6367         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6368
6369         spin_lock(&lock);
6370
6371 #ifdef CONFIG_NUMA
6372         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6373 #endif
6374
6375         /*
6376          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6377          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6378          */
6379         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6380                 build_zonelists(self);
6381         } else {
6382                 for_each_online_node(nid) {
6383                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6384
6385                         build_zonelists(pgdat);
6386                 }
6387
6388 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6389                 /*
6390                  * We now know the "local memory node" for each node--
6391                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6392                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6393                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6394                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6395                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6396                  */
6397                 for_each_online_cpu(cpu)
6398                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6399 #endif
6400         }
6401
6402         spin_unlock(&lock);
6403 }
6404
6405 static noinline void __init
6406 build_all_zonelists_init(void)
6407 {
6408         int cpu;
6409
6410         __build_all_zonelists(NULL);
6411
6412         /*
6413          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6414          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6415          * each zone will be allocated later when the per cpu
6416          * allocator is available.
6417          *
6418          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6419          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6420          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6421          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6422          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6423          * (a chicken-egg dilemma).
6424          */
6425         for_each_possible_cpu(cpu)
6426                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6427
6428         mminit_verify_zonelist();
6429         cpuset_init_current_mems_allowed();
6430 }
6431
6432 /*
6433  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6434  *
6435  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6436  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6437  */
6438 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6439 {
6440         unsigned long vm_total_pages;
6441
6442         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6443                 build_all_zonelists_init();
6444         } else {
6445                 __build_all_zonelists(pgdat);
6446                 /* cpuset refresh routine should be here */
6447         }
6448         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6449         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6450         /*
6451          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6452          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6453          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6454          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6455          * disabled and enable it later
6456          */
6457         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6458                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6459         else
6460                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6461
6462         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6463                 nr_online_nodes,
6464                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6465                 vm_total_pages);
6466 #ifdef CONFIG_NUMA
6467         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6468 #endif
6469 }
6470
6471 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6472 static bool __meminit
6473 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6474 {
6475         static struct memblock_region *r;
6476
6477         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6478                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6479                         for_each_mem_region(r) {
6480                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6481                                         break;
6482                         }
6483                 }
6484                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6485                     memblock_is_mirror(r)) {
6486                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6487                         return true;
6488                 }
6489         }
6490         return false;
6491 }
6492
6493 /*
6494  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6495  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6496  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6497  *
6498  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6499  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6500  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6501  */
6502 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6503                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6504                 enum meminit_context context,
6505                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6506 {
6507         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6508         struct page *page;
6509
6510         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6511                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6512
6513 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6514         /*
6515          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6516          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6517          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6518          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6519          * the hotplug lock.
6520          */
6521         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6522                 if (!altmap)
6523                         return;
6524
6525                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6526                         start_pfn += altmap->reserve;
6527                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6528         }
6529 #endif
6530
6531         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6532                 /*
6533                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6534                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6535                  */
6536                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6537                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6538                                 continue;
6539                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6540                                 break;
6541                 }
6542
6543                 page = pfn_to_page(pfn);
6544                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6545                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6546                         __SetPageReserved(page);
6547
6548                 /*
6549                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6550                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6551                  * over the place during system boot.
6552                  */
6553                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6554                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6555                         cond_resched();
6556                 }
6557                 pfn++;
6558         }
6559 }
6560
6561 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6562 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6563                                    unsigned long start_pfn,
6564                                    unsigned long nr_pages,
6565                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6566 {
6567         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6568         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6569         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6570         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6571         unsigned long start = jiffies;
6572         int nid = pgdat->node_id;
6573
6574         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6575                 return;
6576
6577         /*
6578          * The call to memmap_init should have already taken care
6579          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6580          * the end of that region and start processing the device pages.
6581          */
6582         if (altmap) {
6583                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6584                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6585         }
6586
6587         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6588                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6589
6590                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6591
6592                 /*
6593                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6594                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6595                  *
6596                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6597                  * the flag as we are still initializing the pages.
6598                  */
6599                 __SetPageReserved(page);
6600
6601                 /*
6602                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6603                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6604                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6605                  */
6606                 page->pgmap = pgmap;
6607                 page->zone_device_data = NULL;
6608
6609                 /*
6610                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6611                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6612                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6613                  * the address space during boot when many long-lived
6614                  * kernel allocations are made.
6615                  *
6616                  * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6617                  * because this is done early in section_activate()
6618                  */
6619                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6620                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6621                         cond_resched();
6622                 }
6623         }
6624
6625         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6626                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6627 }
6628
6629 #endif
6630 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6631 {
6632         unsigned int order, t;
6633         for_each_migratetype_order(order, t) {
6634                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6635                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6636         }
6637 }
6638
6639 #if !defined(CONFIG_FLATMEM)
6640 /*
6641  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6642  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6643  * memmap_init_zone_range().
6644  *
6645  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6646  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6647  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6648  *   arbitrary section size
6649  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6650  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6651  *   nicely with memmap sections
6652  *
6653  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6654  * - PG_Reserved is set
6655  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6656  *   hole is in the middle of a zone
6657  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6658  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6659  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6660  *   section that will be appended to the zone/node below.
6661  */
6662 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6663                                           unsigned long epfn,
6664                                           int zone, int node)
6665 {
6666         unsigned long pfn;
6667         u64 pgcnt = 0;
6668
6669         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6670                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6671                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6672                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6673                         continue;
6674                 }
6675                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6676                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6677                 pgcnt++;
6678         }
6679
6680         if (pgcnt)
6681                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6682                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6683 }
6684 #else
6685 static inline void init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6686                                           unsigned long epfn,
6687                                           int zone, int node)
6688 {
6689 }
6690 #endif
6691
6692 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6693                                           unsigned long start_pfn,
6694                                           unsigned long end_pfn,
6695                                           unsigned long *hole_pfn)
6696 {
6697         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6698         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6699         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6700
6701         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6702         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6703
6704         if (start_pfn >= end_pfn)
6705                 return;
6706
6707         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6708                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6709
6710         if (*hole_pfn < start_pfn)
6711                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6712
6713         *hole_pfn = end_pfn;
6714 }
6715
6716 static void __init memmap_init(void)
6717 {
6718         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6719         unsigned long hole_pfn = 0;
6720         int i, j, zone_id, nid;
6721
6722         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6723                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6724
6725                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6726                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6727
6728                         if (!populated_zone(zone))
6729                                 continue;
6730
6731                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6732                                                &hole_pfn);
6733                         zone_id = j;
6734                 }
6735         }
6736
6737 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6738         /*
6739          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6740          * section_end].
6741          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6742          * node.
6743          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6744          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6745          * for FLATMEM it is a nop anyway
6746          */
6747         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6748         if (hole_pfn < end_pfn)
6749 #endif
6750                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
6751 }
6752
6753 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6754 {
6755 #ifdef CONFIG_MMU
6756         int batch;
6757
6758         /*
6759          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
6760          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
6761          * size is striking a balance between allocation latency
6762          * and zone lock contention.
6763          */
6764         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, (1024 * 1024) / PAGE_SIZE);
6765         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6766         if (batch < 1)
6767                 batch = 1;
6768
6769         /*
6770          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6771          * of 2 value was found to be more likely to have
6772          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6773          *
6774          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6775          * batches of pages, one task can end up with a lot
6776          * of pages of one half of the possible page colors
6777          * and the other with pages of the other colors.
6778          */
6779         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6780
6781         return batch;
6782
6783 #else
6784         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6785          * conditions.
6786          *
6787          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6788          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6789          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6790          *
6791          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6792          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6793          * can be a significant delay between the individual batches being
6794          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6795          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6796          */
6797         return 0;
6798 #endif
6799 }
6800
6801 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
6802 {
6803 #ifdef CONFIG_MMU
6804         int high;
6805         int nr_split_cpus;
6806         unsigned long total_pages;
6807
6808         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
6809                 /*
6810                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
6811                  * low watermark so that if they are full then background
6812                  * reclaim will not be started prematurely.
6813                  */
6814                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
6815         } else {
6816                 /*
6817                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
6818                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
6819                  * zone.
6820                  */
6821                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
6822         }
6823
6824         /*
6825          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
6826          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
6827          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
6828          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
6829          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
6830          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
6831          */
6832         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
6833         if (!nr_split_cpus)
6834                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
6835         high = total_pages / nr_split_cpus;
6836
6837         /*
6838          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
6839          * historical relationship between high and batch.
6840          */
6841         high = max(high, batch << 2);
6842
6843         return high;
6844 #else
6845         return 0;
6846 #endif
6847 }
6848
6849 /*
6850  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6851  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6852  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6853  *
6854  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6855  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6856  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6857  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6858  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6859  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6860  *
6861  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6862  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6863  * exist).
6864  */
6865 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6866                 unsigned long batch)
6867 {
6868         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6869         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6870 }
6871
6872 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
6873 {
6874         int pindex;
6875
6876         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
6877         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
6878
6879         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
6880                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
6881
6882         /*
6883          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6884          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6885          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6886          * pageset yet.
6887          */
6888         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6889         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6890         pcp->free_factor = 0;
6891 }
6892
6893 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6894                 unsigned long batch)
6895 {
6896         struct per_cpu_pages *pcp;
6897         int cpu;
6898
6899         for_each_possible_cpu(cpu) {
6900                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6901                 pageset_update(pcp, high, batch);
6902         }
6903 }
6904
6905 /*
6906  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6907  * zone based on the zone's size.
6908  */
6909 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
6910 {
6911         int new_high, new_batch;
6912
6913         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
6914         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
6915
6916         if (zone->pageset_high == new_high &&
6917             zone->pageset_batch == new_batch)
6918                 return;
6919
6920         zone->pageset_high = new_high;
6921         zone->pageset_batch = new_batch;
6922
6923         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
6924 }
6925
6926 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6927 {
6928         int cpu;
6929
6930         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
6931         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
6932                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
6933
6934         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
6935         for_each_possible_cpu(cpu) {
6936                 struct per_cpu_pages *pcp;
6937                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6938
6939                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6940                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6941                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
6942         }
6943
6944         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6945 }
6946
6947 /*
6948  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6949  * Before this call only boot pagesets were available.
6950  */
6951 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6952 {
6953         struct pglist_data *pgdat;
6954         struct zone *zone;
6955         int __maybe_unused cpu;
6956
6957         for_each_populated_zone(zone)
6958                 setup_zone_pageset(zone);
6959
6960 #ifdef CONFIG_NUMA
6961         /*
6962          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6963          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6964          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6965          * the nodes these zones are associated with.
6966          */
6967         for_each_possible_cpu(cpu) {
6968                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
6969                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
6970                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
6971         }
6972 #endif
6973
6974         for_each_online_pgdat(pgdat)
6975                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6976                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6977 }
6978
6979 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6980 {
6981         /*
6982          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6983          * relies on the ability of the linker to provide the
6984          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6985          */
6986         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
6987         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
6988         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6989         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6990
6991         if (populated_zone(zone))
6992                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
6993                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
6994 }
6995
6996 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6997                                         unsigned long zone_start_pfn,
6998                                         unsigned long size)
6999 {
7000         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
7001         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
7002
7003         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
7004                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
7005
7006         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7007
7008         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
7009                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
7010                         pgdat->node_id,
7011                         (unsigned long)zone_idx(zone),
7012                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7013
7014         zone_init_free_lists(zone);
7015         zone->initialized = 1;
7016 }
7017
7018 /**
7019  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7020  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7021  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7022  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7023  *
7024  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7025  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7026  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7027  * PFNs will be 0.
7028  */
7029 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7030                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7031 {
7032         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7033         int i;
7034
7035         *start_pfn = -1UL;
7036         *end_pfn = 0;
7037
7038         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7039                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7040                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7041         }
7042
7043         if (*start_pfn == -1UL)
7044                 *start_pfn = 0;
7045 }
7046
7047 /*
7048  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7049  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7050  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7051  */
7052 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7053 {
7054         int zone_index;
7055         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7056                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7057                         continue;
7058
7059                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7060                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7061                         break;
7062         }
7063
7064         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7065         movable_zone = zone_index;
7066 }
7067
7068 /*
7069  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7070  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7071  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7072  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7073  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7074  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7075  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7076  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7077  */
7078 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7079                                         unsigned long zone_type,
7080                                         unsigned long node_start_pfn,
7081                                         unsigned long node_end_pfn,
7082                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7083                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7084 {
7085         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7086         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7087                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7088                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7089                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7090                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7091                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7092
7093                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7094                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7095                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7096                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7097                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7098
7099                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7100                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7101                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7102         }
7103 }
7104
7105 /*
7106  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7107  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7108  */
7109 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7110                                         unsigned long zone_type,
7111                                         unsigned long node_start_pfn,
7112                                         unsigned long node_end_pfn,
7113                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7114                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7115 {
7116         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7117         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7118         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7119         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7120                 return 0;
7121
7122         /* Get the start and end of the zone */
7123         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7124         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7125         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7126                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7127                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7128
7129         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7130         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7131                 return 0;
7132
7133         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7134         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7135         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7136
7137         /* Return the spanned pages */
7138         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7139 }
7140
7141 /*
7142  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7143  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7144  */
7145 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7146                                 unsigned long range_start_pfn,
7147                                 unsigned long range_end_pfn)
7148 {
7149         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7150         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7151         int i;
7152
7153         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7154                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7155                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7156                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7157         }
7158         return nr_absent;
7159 }
7160
7161 /**
7162  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7163  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7164  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7165  *
7166  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7167  */
7168 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7169                                                         unsigned long end_pfn)
7170 {
7171         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7172 }
7173
7174 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7175 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7176                                         unsigned long zone_type,
7177                                         unsigned long node_start_pfn,
7178                                         unsigned long node_end_pfn)
7179 {
7180         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7181         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7182         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7183         unsigned long nr_absent;
7184
7185         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7186         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7187                 return 0;
7188
7189         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7190         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7191
7192         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7193                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7194                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7195         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7196
7197         /*
7198          * ZONE_MOVABLE handling.
7199          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7200          * and vice versa.
7201          */
7202         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7203                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7204                 struct memblock_region *r;
7205
7206                 for_each_mem_region(r) {
7207                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7208                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7209                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7210                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7211
7212                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7213                             memblock_is_mirror(r))
7214                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7215
7216                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7217                             !memblock_is_mirror(r))
7218                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7219                 }
7220         }
7221
7222         return nr_absent;
7223 }
7224
7225 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7226                                                 unsigned long node_start_pfn,
7227                                                 unsigned long node_end_pfn)
7228 {
7229         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7230         enum zone_type i;
7231
7232         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7233                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7234                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7235                 unsigned long spanned, absent;
7236                 unsigned long size, real_size;
7237
7238                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7239                                                      node_start_pfn,
7240                                                      node_end_pfn,
7241                                                      &zone_start_pfn,
7242                                                      &zone_end_pfn);
7243                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7244                                                    node_start_pfn,
7245                                                    node_end_pfn);
7246
7247                 size = spanned;
7248                 real_size = size - absent;
7249
7250                 if (size)
7251                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7252                 else
7253                         zone->zone_start_pfn = 0;
7254                 zone->spanned_pages = size;
7255                 zone->present_pages = real_size;
7256
7257                 totalpages += size;
7258                 realtotalpages += real_size;
7259         }
7260
7261         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7262         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7263         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7264 }
7265
7266 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7267 /*
7268  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7269  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7270  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7271  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7272  * bytes.
7273  */
7274 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7275 {
7276         unsigned long usemapsize;
7277
7278         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7279         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7280         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7281         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7282         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7283
7284         return usemapsize / 8;
7285 }
7286
7287 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7288 {
7289         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7290                                                zone->spanned_pages);
7291         zone->pageblock_flags = NULL;
7292         if (usemapsize) {
7293                 zone->pageblock_flags =
7294                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7295                                             zone_to_nid(zone));
7296                 if (!zone->pageblock_flags)
7297                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7298                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7299         }
7300 }
7301 #else
7302 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7303 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7304
7305 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7306
7307 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7308 void __init set_pageblock_order(void)
7309 {
7310         unsigned int order;
7311
7312         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7313         if (pageblock_order)
7314                 return;
7315
7316         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
7317                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7318         else
7319                 order = MAX_ORDER - 1;
7320
7321         /*
7322          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7323          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7324          * powerpc.
7325          */
7326         pageblock_order = order;
7327 }
7328 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7329
7330 /*
7331  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7332  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7333  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7334  * the kernel config
7335  */
7336 void __init set_pageblock_order(void)
7337 {
7338 }
7339
7340 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7341
7342 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7343                                                 unsigned long present_pages)
7344 {
7345         unsigned long pages = spanned_pages;
7346
7347         /*
7348          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7349          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7350          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7351          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7352          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7353          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7354          */
7355         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7356             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7357                 pages = present_pages;
7358
7359         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7360 }
7361
7362 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7363 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7364 {
7365         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7366
7367         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7368         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7369         ds_queue->split_queue_len = 0;
7370 }
7371 #else
7372 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7373 #endif
7374
7375 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7376 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7377 {
7378         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7379 }
7380 #else
7381 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7382 #endif
7383
7384 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7385 {
7386         pgdat_resize_init(pgdat);
7387
7388         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7389         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7390
7391         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7392         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7393
7394         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7395         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7396 }
7397
7398 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7399                                                         unsigned long remaining_pages)
7400 {
7401         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7402         zone_set_nid(zone, nid);
7403         zone->name = zone_names[idx];
7404         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7405         spin_lock_init(&zone->lock);
7406         zone_seqlock_init(zone);
7407         zone_pcp_init(zone);
7408 }
7409
7410 /*
7411  * Set up the zone data structures
7412  * - init pgdat internals
7413  * - init all zones belonging to this node
7414  *
7415  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7416  */
7417 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7418 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
7419 {
7420         enum zone_type z;
7421         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7422
7423         pgdat_init_internals(pgdat);
7424         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7425                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7426 }
7427 #endif
7428
7429 /*
7430  * Set up the zone data structures:
7431  *   - mark all pages reserved
7432  *   - mark all memory queues empty
7433  *   - clear the memory bitmaps
7434  *
7435  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7436  * NOTE: this function is only called during early init.
7437  */
7438 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7439 {
7440         enum zone_type j;
7441         int nid = pgdat->node_id;
7442
7443         pgdat_init_internals(pgdat);
7444         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7445
7446         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7447                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7448                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7449
7450                 size = zone->spanned_pages;
7451                 freesize = zone->present_pages;
7452
7453                 /*
7454                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7455                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7456                  * and per-cpu initialisations
7457                  */
7458                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7459                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7460                         if (freesize >= memmap_pages) {
7461                                 freesize -= memmap_pages;
7462                                 if (memmap_pages)
7463                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7464                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7465                         } else
7466                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7467                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7468                 }
7469
7470                 /* Account for reserved pages */
7471                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7472                         freesize -= dma_reserve;
7473                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7474                 }
7475
7476                 if (!is_highmem_idx(j))
7477                         nr_kernel_pages += freesize;
7478                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7479                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7480                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7481                 nr_all_pages += freesize;
7482
7483                 /*
7484                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7485                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7486                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7487                  */
7488                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7489
7490                 if (!size)
7491                         continue;
7492
7493                 set_pageblock_order();
7494                 setup_usemap(zone);
7495                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7496         }
7497 }
7498
7499 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7500 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7501 {
7502         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7503         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7504
7505         /* Skip empty nodes */
7506         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7507                 return;
7508
7509         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7510         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7511         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7512         if (!pgdat->node_mem_map) {
7513                 unsigned long size, end;
7514                 struct page *map;
7515
7516                 /*
7517                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7518                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7519                  * for the buddy allocator to function correctly.
7520                  */
7521                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7522                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7523                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7524                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
7525                                           pgdat->node_id);
7526                 if (!map)
7527                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7528                               size, pgdat->node_id);
7529                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7530         }
7531         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7532                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7533                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7534 #ifndef CONFIG_NUMA
7535         /*
7536          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7537          */
7538         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7539                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7540                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7541                         mem_map -= offset;
7542         }
7543 #endif
7544 }
7545 #else
7546 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7547 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7548
7549 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7550 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7551 {
7552         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7553 }
7554 #else
7555 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7556 #endif
7557
7558 static void __init free_area_init_node(int nid)
7559 {
7560         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7561         unsigned long start_pfn = 0;
7562         unsigned long end_pfn = 0;
7563
7564         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7565         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7566
7567         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7568
7569         pgdat->node_id = nid;
7570         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7571         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7572
7573         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7574                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7575                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7576         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7577
7578         alloc_node_mem_map(pgdat);
7579         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7580
7581         free_area_init_core(pgdat);
7582 }
7583
7584 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7585 {
7586         free_area_init_node(nid);
7587 }
7588
7589 #if MAX_NUMNODES > 1
7590 /*
7591  * Figure out the number of possible node ids.
7592  */
7593 void __init setup_nr_node_ids(void)
7594 {
7595         unsigned int highest;
7596
7597         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7598         nr_node_ids = highest + 1;
7599 }
7600 #endif
7601
7602 /**
7603  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7604  *
7605  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7606  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7607  * all the nodes.
7608  *
7609  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7610  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7611  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7612  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7613  *
7614  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7615  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7616  * populated node map.
7617  *
7618  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7619  * requirement (single node).
7620  */
7621 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7622 {
7623         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7624         unsigned long start, end, mask;
7625         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7626         int i, nid;
7627
7628         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7629                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7630                         last_nid = nid;
7631                         last_end = end;
7632                         continue;
7633                 }
7634
7635                 /*
7636                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7637                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7638                  * too coarse to separate the current node from the last.
7639                  */
7640                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7641                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7642                         mask <<= 1;
7643
7644                 /* accumulate all internode masks */
7645                 accl_mask |= mask;
7646         }
7647
7648         /* convert mask to number of pages */
7649         return ~accl_mask + 1;
7650 }
7651
7652 /**
7653  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7654  *
7655  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7656  * memblock_set_node().
7657  */
7658 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7659 {
7660         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7661 }
7662
7663 /*
7664  * early_calculate_totalpages()
7665  * Sum pages in active regions for movable zone.
7666  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7667  */
7668 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7669 {
7670         unsigned long totalpages = 0;
7671         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7672         int i, nid;
7673
7674         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7675                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7676
7677                 totalpages += pages;
7678                 if (pages)
7679                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7680         }
7681         return totalpages;
7682 }
7683
7684 /*
7685  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7686  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7687  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7688  * others
7689  */
7690 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7691 {
7692         int i, nid;
7693         unsigned long usable_startpfn;
7694         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7695         /* save the state before borrow the nodemask */
7696         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7697         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7698         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7699         struct memblock_region *r;
7700
7701         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7702         find_usable_zone_for_movable();
7703
7704         /*
7705          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7706          * options.
7707          */
7708         if (movable_node_is_enabled()) {
7709                 for_each_mem_region(r) {
7710                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7711                                 continue;
7712
7713                         nid = memblock_get_region_node(r);
7714
7715                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7716                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7717                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7718                                 usable_startpfn;
7719                 }
7720
7721                 goto out2;
7722         }
7723
7724         /*
7725          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7726          */
7727         if (mirrored_kernelcore) {
7728                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7729
7730                 for_each_mem_region(r) {
7731                         if (memblock_is_mirror(r))
7732                                 continue;
7733
7734                         nid = memblock_get_region_node(r);
7735
7736                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7737
7738                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7739                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7740                                 continue;
7741                         }
7742
7743                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7744                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7745                                 usable_startpfn;
7746                 }
7747
7748                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7749                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7750
7751                 goto out2;
7752         }
7753
7754         /*
7755          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7756          * amount of necessary memory.
7757          */
7758         if (required_kernelcore_percent)
7759                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7760                                        10000UL;
7761         if (required_movablecore_percent)
7762                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7763                                         10000UL;
7764
7765         /*
7766          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7767          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7768          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7769          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7770          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7771          * what movablecore would have allowed.
7772          */
7773         if (required_movablecore) {
7774                 unsigned long corepages;
7775
7776                 /*
7777                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7778                  * was requested by the user
7779                  */
7780                 required_movablecore =
7781                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7782                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7783                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7784
7785                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7786         }
7787
7788         /*
7789          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7790          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7791          */
7792         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7793                 goto out;
7794
7795         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7796         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7797
7798 restart:
7799         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7800         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7801         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7802                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7803
7804                 /*
7805                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7806                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7807                  * amount of memory for the kernel
7808                  */
7809                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7810                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7811
7812                 /*
7813                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7814                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7815                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7816                  */
7817                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7818
7819                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7820                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7821                         unsigned long size_pages;
7822
7823                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7824                         if (start_pfn >= end_pfn)
7825                                 continue;
7826
7827                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7828                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7829                                 unsigned long kernel_pages;
7830                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7831                                                                 - start_pfn;
7832
7833                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7834                                                         kernelcore_remaining);
7835                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7836                                                         required_kernelcore);
7837
7838                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7839                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7840
7841                                         /*
7842                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7843                                          * that if we have to rebalance
7844                                          * kernelcore across nodes, we will
7845                                          * not double account here
7846                                          */
7847                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7848                                         continue;
7849                                 }
7850                                 start_pfn = usable_startpfn;
7851                         }
7852
7853                         /*
7854                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7855                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7856                          * number of pages used as kernelcore
7857                          */
7858                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7859                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7860                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7861                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7862
7863                         /*
7864                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7865                          * break if the kernelcore for this node has been
7866                          * satisfied
7867                          */
7868                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7869                                                                 size_pages);
7870                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7871                         if (!kernelcore_remaining)
7872                                 break;
7873                 }
7874         }
7875
7876         /*
7877          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7878          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7879          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7880          * satisfied
7881          */
7882         usable_nodes--;
7883         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7884                 goto restart;
7885
7886 out2:
7887         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7888         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7889                 zone_movable_pfn[nid] =
7890                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7891
7892 out:
7893         /* restore the node_state */
7894         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7895 }
7896
7897 /* Any regular or high memory on that node ? */
7898 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7899 {
7900         enum zone_type zone_type;
7901
7902         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7903                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7904                 if (populated_zone(zone)) {
7905                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7906                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7907                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7908                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7909                         break;
7910                 }
7911         }
7912 }
7913
7914 /*
7915  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7916  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7917  */
7918 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7919 {
7920         return false;
7921 }
7922
7923 /**
7924  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7925  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7926  *
7927  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7928  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7929  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7930  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7931  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7932  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7933  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7934  * at arch_max_dma_pfn.
7935  */
7936 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7937 {
7938         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7939         int i, nid, zone;
7940         bool descending;
7941
7942         /* Record where the zone boundaries are */
7943         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7944                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7945         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7946                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7947
7948         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7949         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7950
7951         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7952                 if (descending)
7953                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7954                 else
7955                         zone = i;
7956
7957                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7958                         continue;
7959
7960                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7961                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7962                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7963
7964                 start_pfn = end_pfn;
7965         }
7966
7967         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7968         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7969         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7970
7971         /* Print out the zone ranges */
7972         pr_info("Zone ranges:\n");
7973         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7974                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7975                         continue;
7976                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7977                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7978                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7979                         pr_cont("empty\n");
7980                 else
7981                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7982                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7983                                         << PAGE_SHIFT,
7984                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7985                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7986         }
7987
7988         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7989         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7990         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7991                 if (zone_movable_pfn[i])
7992                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7993                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7994         }
7995
7996         /*
7997          * Print out the early node map, and initialize the
7998          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7999          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
8000          */
8001         pr_info("Early memory node ranges\n");
8002         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8003                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
8004                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
8005                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
8006                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
8007         }
8008
8009         /* Initialise every node */
8010         mminit_verify_pageflags_layout();
8011         setup_nr_node_ids();
8012         for_each_online_node(nid) {
8013                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
8014                 free_area_init_node(nid);
8015
8016                 /* Any memory on that node */
8017                 if (pgdat->node_present_pages)
8018                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8019                 check_for_memory(pgdat, nid);
8020         }
8021
8022         memmap_init();
8023 }
8024
8025 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8026                                      unsigned long *percent)
8027 {
8028         unsigned long long coremem;
8029         char *endptr;
8030
8031         if (!p)
8032                 return -EINVAL;
8033
8034         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8035         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8036         if (*endptr == '%') {
8037                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8038                 WARN_ON(coremem > 100);
8039
8040                 *percent = coremem;
8041         } else {
8042                 coremem = memparse(p, &p);
8043                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8044                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8045
8046                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8047                 *percent = 0UL;
8048         }
8049         return 0;
8050 }
8051
8052 /*
8053  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8054  * cannot be reclaimed or migrated.
8055  */
8056 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8057 {
8058         /* parse kernelcore=mirror */
8059         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8060                 mirrored_kernelcore = true;
8061                 return 0;
8062         }
8063
8064         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8065                                   &required_kernelcore_percent);
8066 }
8067
8068 /*
8069  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8070  * can be reclaimed or migrated.
8071  */
8072 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8073 {
8074         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8075                                   &required_movablecore_percent);
8076 }
8077
8078 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8079 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8080
8081 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8082 {
8083         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8084         totalram_pages_add(count);
8085 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8086         if (PageHighMem(page))
8087                 totalhigh_pages_add(count);
8088 #endif
8089 }
8090 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8091
8092 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8093 {
8094         void *pos;
8095         unsigned long pages = 0;
8096
8097         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8098         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8099         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8100                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8101                 void *direct_map_addr;
8102
8103                 /*
8104                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8105                  * because some architectures' virt_to_page()
8106                  * work with aliases.  Getting the direct map
8107                  * address ensures that we get a _writeable_
8108                  * alias for the memset().
8109                  */
8110                 direct_map_addr = page_address(page);
8111                 /*
8112                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8113                  * has not been initialized.
8114                  */
8115                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8116                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8117                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8118
8119                 free_reserved_page(page);
8120         }
8121
8122         if (pages && s)
8123                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
8124                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
8125
8126         return pages;
8127 }
8128
8129 void __init mem_init_print_info(void)
8130 {
8131         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8132         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8133
8134         physpages = get_num_physpages();
8135         codesize = _etext - _stext;
8136         datasize = _edata - _sdata;
8137         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8138         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8139         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8140         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8141
8142         /*
8143          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8144          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8145          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8146          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8147          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8148          */
8149 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8150         do { \
8151                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
8152                         size -= adj; \
8153         } while (0)
8154
8155         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8156                      _sinittext, init_code_size);
8157         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8158         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8159         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8160         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8161
8162 #undef  adj_init_size
8163
8164         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8165 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8166                 ", %luK highmem"
8167 #endif
8168                 ")\n",
8169                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
8170                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
8171                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
8172                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
8173                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
8174                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10)
8175 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8176                 , totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10)
8177 #endif
8178                 );
8179 }
8180
8181 /**
8182  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8183  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8184  *
8185  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8186  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8187  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8188  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8189  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8190  * smaller per-cpu batchsize.
8191  */
8192 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8193 {
8194         dma_reserve = new_dma_reserve;
8195 }
8196
8197 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8198 {
8199         struct zone *zone;
8200
8201         lru_add_drain_cpu(cpu);
8202         drain_pages(cpu);
8203
8204         /*
8205          * Spill the event counters of the dead processor
8206          * into the current processors event counters.
8207          * This artificially elevates the count of the current
8208          * processor.
8209          */
8210         vm_events_fold_cpu(cpu);
8211
8212         /*
8213          * Zero the differential counters of the dead processor
8214          * so that the vm statistics are consistent.
8215          *
8216          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8217          * race with what we are doing.
8218          */
8219         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8220
8221         for_each_populated_zone(zone)
8222                 zone_pcp_update(zone, 0);
8223
8224         return 0;
8225 }
8226
8227 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8228 {
8229         struct zone *zone;
8230
8231         for_each_populated_zone(zone)
8232                 zone_pcp_update(zone, 1);
8233         return 0;
8234 }
8235
8236 #ifdef CONFIG_NUMA
8237 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8238
8239 static int __init set_hashdist(char *str)
8240 {
8241         if (!str)
8242                 return 0;
8243         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8244         return 1;
8245 }
8246 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8247 #endif
8248
8249 void __init page_alloc_init(void)
8250 {
8251         int ret;
8252
8253 #ifdef CONFIG_NUMA
8254         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8255                 hashdist = 0;
8256 #endif
8257
8258         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8259                                         "mm/page_alloc:pcp",
8260                                         page_alloc_cpu_online,
8261                                         page_alloc_cpu_dead);
8262         WARN_ON(ret < 0);
8263 }
8264
8265 /*
8266  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8267  *      or min_free_kbytes changes.
8268  */
8269 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8270 {
8271         struct pglist_data *pgdat;
8272         unsigned long reserve_pages = 0;
8273         enum zone_type i, j;
8274
8275         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8276
8277                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8278
8279                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8280                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8281                         long max = 0;
8282                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8283
8284                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8285                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8286                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8287                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8288                         }
8289
8290                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8291                         max += high_wmark_pages(zone);
8292
8293                         if (max > managed_pages)
8294                                 max = managed_pages;
8295
8296                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8297
8298                         reserve_pages += max;
8299                 }
8300         }
8301         totalreserve_pages = reserve_pages;
8302 }
8303
8304 /*
8305  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8306  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8307  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8308  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8309  */
8310 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8311 {
8312         struct pglist_data *pgdat;
8313         enum zone_type i, j;
8314
8315         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8316                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8317                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8318                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8319                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8320                         unsigned long managed_pages = 0;
8321
8322                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8323                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8324
8325                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8326
8327                                 if (clear)
8328                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8329                                 else
8330                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8331                         }
8332                 }
8333         }
8334
8335         /* update totalreserve_pages */
8336         calculate_totalreserve_pages();
8337 }
8338
8339 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8340 {
8341         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8342         unsigned long lowmem_pages = 0;
8343         struct zone *zone;
8344         unsigned long flags;
8345
8346         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8347         for_each_zone(zone) {
8348                 if (!is_highmem(zone))
8349                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8350         }
8351
8352         for_each_zone(zone) {
8353                 u64 tmp;
8354
8355                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8356                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8357                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8358                 if (is_highmem(zone)) {
8359                         /*
8360                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8361                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8362                          * value here.
8363                          *
8364                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8365                          * deltas control async page reclaim, and so should
8366                          * not be capped for highmem.
8367                          */
8368                         unsigned long min_pages;
8369
8370                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8371                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8372                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8373                 } else {
8374                         /*
8375                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8376                          * proportionate to the zone's size.
8377                          */
8378                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8379                 }
8380
8381                 /*
8382                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8383                  * scale factor in proportion to available memory, but
8384                  * ensure a minimum size on small systems.
8385                  */
8386                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8387                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8388                                       watermark_scale_factor, 10000));
8389
8390                 zone->watermark_boost = 0;
8391                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8392                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
8393
8394                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8395         }
8396
8397         /* update totalreserve_pages */
8398         calculate_totalreserve_pages();
8399 }
8400
8401 /**
8402  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8403  * or when memory is hot-{added|removed}
8404  *
8405  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8406  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8407  */
8408 void setup_per_zone_wmarks(void)
8409 {
8410         struct zone *zone;
8411         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8412
8413         spin_lock(&lock);
8414         __setup_per_zone_wmarks();
8415         spin_unlock(&lock);
8416
8417         /*
8418          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8419          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8420          */
8421         for_each_zone(zone)
8422                 zone_pcp_update(zone, 0);
8423 }
8424
8425 /*
8426  * Initialise min_free_kbytes.
8427  *
8428  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8429  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8430  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8431  *
8432  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8433  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8434  *
8435  * which yields
8436  *
8437  * 16MB:        512k
8438  * 32MB:        724k
8439  * 64MB:        1024k
8440  * 128MB:       1448k
8441  * 256MB:       2048k
8442  * 512MB:       2896k
8443  * 1024MB:      4096k
8444  * 2048MB:      5792k
8445  * 4096MB:      8192k
8446  * 8192MB:      11584k
8447  * 16384MB:     16384k
8448  */
8449 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8450 {
8451         unsigned long lowmem_kbytes;
8452         int new_min_free_kbytes;
8453
8454         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8455         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8456
8457         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
8458                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
8459                 if (min_free_kbytes < 128)
8460                         min_free_kbytes = 128;
8461                 if (min_free_kbytes > 262144)
8462                         min_free_kbytes = 262144;
8463         } else {
8464                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8465                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8466         }
8467         setup_per_zone_wmarks();
8468         refresh_zone_stat_thresholds();
8469         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8470
8471 #ifdef CONFIG_NUMA
8472         setup_min_unmapped_ratio();
8473         setup_min_slab_ratio();
8474 #endif
8475
8476         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8477
8478         return 0;
8479 }
8480 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8481
8482 /*
8483  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8484  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8485  *      changes.
8486  */
8487 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8488                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8489 {
8490         int rc;
8491
8492         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8493         if (rc)
8494                 return rc;
8495
8496         if (write) {
8497                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8498                 setup_per_zone_wmarks();
8499         }
8500         return 0;
8501 }
8502
8503 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8504                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8505 {
8506         int rc;
8507
8508         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8509         if (rc)
8510                 return rc;
8511
8512         if (write)
8513                 setup_per_zone_wmarks();
8514
8515         return 0;
8516 }
8517
8518 #ifdef CONFIG_NUMA
8519 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8520 {
8521         pg_data_t *pgdat;
8522         struct zone *zone;
8523
8524         for_each_online_pgdat(pgdat)
8525                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8526
8527         for_each_zone(zone)
8528                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8529                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8530 }
8531
8532
8533 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8534                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8535 {
8536         int rc;
8537
8538         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8539         if (rc)
8540                 return rc;
8541
8542         setup_min_unmapped_ratio();
8543
8544         return 0;
8545 }
8546
8547 static void setup_min_slab_ratio(void)
8548 {
8549         pg_data_t *pgdat;
8550         struct zone *zone;
8551
8552         for_each_online_pgdat(pgdat)
8553                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8554
8555         for_each_zone(zone)
8556                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8557                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8558 }
8559
8560 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8561                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8562 {
8563         int rc;
8564
8565         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8566         if (rc)
8567                 return rc;
8568
8569         setup_min_slab_ratio();
8570
8571         return 0;
8572 }
8573 #endif
8574
8575 /*
8576  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8577  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8578  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8579  *
8580  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8581  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8582  * if in function of the boot time zone sizes.
8583  */
8584 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8585                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8586 {
8587         int i;
8588
8589         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8590
8591         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8592                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8593                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8594         }
8595
8596         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8597         return 0;
8598 }
8599
8600 /*
8601  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8602  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8603  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8604  */
8605 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
8606                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8607 {
8608         struct zone *zone;
8609         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
8610         int ret;
8611
8612         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8613         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
8614
8615         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8616         if (!write || ret < 0)
8617                 goto out;
8618
8619         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8620         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
8621             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
8622                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
8623                 ret = -EINVAL;
8624                 goto out;
8625         }
8626
8627         /* No change? */
8628         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
8629                 goto out;
8630
8631         for_each_populated_zone(zone)
8632                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
8633 out:
8634         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8635         return ret;
8636 }
8637
8638 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8639 /*
8640  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8641  * is not known to alloc_large_system_hash().
8642  */
8643 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8644 {
8645         return 0;
8646 }
8647 #endif
8648
8649 /*
8650  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8651  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8652  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8653  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8654  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8655  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8656  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8657  */
8658 #if __BITS_PER_LONG > 32
8659 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8660 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8661 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8662 #endif
8663
8664 /*
8665  * allocate a large system hash table from bootmem
8666  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8667  *   quantity of entries
8668  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8669  */
8670 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8671                                      unsigned long bucketsize,
8672                                      unsigned long numentries,
8673                                      int scale,
8674                                      int flags,
8675                                      unsigned int *_hash_shift,
8676                                      unsigned int *_hash_mask,
8677                                      unsigned long low_limit,
8678                                      unsigned long high_limit)
8679 {
8680         unsigned long long max = high_limit;
8681         unsigned long log2qty, size;
8682         void *table = NULL;
8683         gfp_t gfp_flags;
8684         bool virt;
8685         bool huge;
8686
8687         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8688         if (!numentries) {
8689                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8690                 numentries = nr_kernel_pages;
8691                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8692
8693                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8694                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8695                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8696
8697 #if __BITS_PER_LONG > 32
8698                 if (!high_limit) {
8699                         unsigned long adapt;
8700
8701                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8702                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8703                                 scale++;
8704                 }
8705 #endif
8706
8707                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8708                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8709                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8710                 else
8711                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8712
8713                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8714                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8715                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8716                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8717                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8718                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8719                                 BUG_ON(!numentries);
8720                         }
8721                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8722                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8723         }
8724         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8725
8726         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8727         if (max == 0) {
8728                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8729                 do_div(max, bucketsize);
8730         }
8731         max = min(max, 0x80000000ULL);
8732
8733         if (numentries < low_limit)
8734                 numentries = low_limit;
8735         if (numentries > max)
8736                 numentries = max;
8737
8738         log2qty = ilog2(numentries);
8739
8740         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8741         do {
8742                 virt = false;
8743                 size = bucketsize << log2qty;
8744                 if (flags & HASH_EARLY) {
8745                         if (flags & HASH_ZERO)
8746                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8747                         else
8748                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8749                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8750                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8751                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8752                         virt = true;
8753                         huge = is_vm_area_hugepages(table);
8754                 } else {
8755                         /*
8756                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8757                          * some pages at the end of hash table which
8758                          * alloc_pages_exact() automatically does
8759                          */
8760                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8761                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8762                 }
8763         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8764
8765         if (!table)
8766                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8767
8768         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8769                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8770                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
8771
8772         if (_hash_shift)
8773                 *_hash_shift = log2qty;
8774         if (_hash_mask)
8775                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8776
8777         return table;
8778 }
8779
8780 /*
8781  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8782  *
8783  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8784  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8785  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8786  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8787  *
8788  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8789  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8790  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8791  *
8792  */
8793 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8794                                  int migratetype, int flags)
8795 {
8796         unsigned long iter = 0;
8797         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8798         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8799
8800         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8801                 /*
8802                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8803                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8804                  * so consider them movable here.
8805                  */
8806                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8807                         return NULL;
8808
8809                 return page;
8810         }
8811
8812         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8813                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8814                         continue;
8815
8816                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8817
8818                 /*
8819                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8820                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8821                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8822                  * specifying "movablecore".
8823                  */
8824                 if (PageReserved(page))
8825                         return page;
8826
8827                 /*
8828                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8829                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8830                  * is movable.
8831                  */
8832                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8833                         continue;
8834
8835                 /*
8836                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8837                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8838                  * We need not scan over tail pages because we don't
8839                  * handle each tail page individually in migration.
8840                  */
8841                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8842                         struct page *head = compound_head(page);
8843                         unsigned int skip_pages;
8844
8845                         if (PageHuge(page)) {
8846                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8847                                         return page;
8848                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8849                                 return page;
8850                         }
8851
8852                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8853                         iter += skip_pages - 1;
8854                         continue;
8855                 }
8856
8857                 /*
8858                  * We can't use page_count without pin a page
8859                  * because another CPU can free compound page.
8860                  * This check already skips compound tails of THP
8861                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8862                  */
8863                 if (!page_ref_count(page)) {
8864                         if (PageBuddy(page))
8865                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8866                         continue;
8867                 }
8868
8869                 /*
8870                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8871                  * page_count() is not 0.
8872                  */
8873                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8874                         continue;
8875
8876                 /*
8877                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8878                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8879                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8880                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8881                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8882                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8883                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8884                  * (false negatives in this function only)
8885                  */
8886                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8887                         continue;
8888
8889                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8890                         continue;
8891
8892                 /*
8893                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8894                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8895                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8896                  */
8897                 return page;
8898         }
8899         return NULL;
8900 }
8901
8902 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8903 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8904 {
8905         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8906                              pageblock_nr_pages) - 1);
8907 }
8908
8909 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8910 {
8911         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8912                                 pageblock_nr_pages));
8913 }
8914
8915 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
8916         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
8917 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
8918 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8919 {
8920         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
8921
8922         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
8923                 struct page *page;
8924
8925                 dump_stack();
8926                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
8927                         dump_page(page, "migration failure");
8928         }
8929 }
8930 #else
8931 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8932 {
8933 }
8934 #endif
8935
8936 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8937 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8938                                         unsigned long start, unsigned long end)
8939 {
8940         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8941         unsigned int nr_reclaimed;
8942         unsigned long pfn = start;
8943         unsigned int tries = 0;
8944         int ret = 0;
8945         struct migration_target_control mtc = {
8946                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
8947                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
8948         };
8949
8950         lru_cache_disable();
8951
8952         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8953                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8954                         ret = -EINTR;
8955                         break;
8956                 }
8957
8958                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8959                         cc->nr_migratepages = 0;
8960                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8961                         if (ret && ret != -EAGAIN)
8962                                 break;
8963                         pfn = cc->migrate_pfn;
8964                         tries = 0;
8965                 } else if (++tries == 5) {
8966                         ret = -EBUSY;
8967                         break;
8968                 }
8969
8970                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8971                                                         &cc->migratepages);
8972                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8973
8974                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
8975                                 NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8976
8977                 /*
8978                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
8979                  * to retry again over this error, so do the same here.
8980                  */
8981                 if (ret == -ENOMEM)
8982                         break;
8983         }
8984
8985         lru_cache_enable();
8986         if (ret < 0) {
8987                 if (ret == -EBUSY)
8988                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
8989                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8990                 return ret;
8991         }
8992         return 0;
8993 }
8994
8995 /**
8996  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8997  * @start:      start PFN to allocate
8998  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8999  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
9000  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
9001  *                      in range must have the same migratetype and it must
9002  *                      be either of the two.
9003  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
9004  *
9005  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
9006  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
9007  *
9008  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
9009  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
9010  * be modified by others.
9011  *
9012  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9013  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9014  * need to be freed with free_contig_range().
9015  */
9016 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9017                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9018 {
9019         unsigned long outer_start, outer_end;
9020         unsigned int order;
9021         int ret = 0;
9022
9023         struct compact_control cc = {
9024                 .nr_migratepages = 0,
9025                 .order = -1,
9026                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9027                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9028                 .ignore_skip_hint = true,
9029                 .no_set_skip_hint = true,
9030                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9031                 .alloc_contig = true,
9032         };
9033         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9034
9035         /*
9036          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9037          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9038          * have different sizes, and due to the way page allocator
9039          * work, we align the range to biggest of the two pages so
9040          * that page allocator won't try to merge buddies from
9041          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
9042          * other migration type.
9043          *
9044          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9045          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9046          * we are interested in).  This will put all the pages in
9047          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9048          *
9049          * When this is done, we take the pages in range from page
9050          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9051          * page allocator will never consider using them.
9052          *
9053          * This lets us mark the pageblocks back as
9054          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9055          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9056          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9057          */
9058
9059         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9060                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
9061         if (ret)
9062                 return ret;
9063
9064         drain_all_pages(cc.zone);
9065
9066         /*
9067          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9068          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9069          * which will report the busy page.
9070          *
9071          * It is possible that busy pages could become available before
9072          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9073          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9074          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9075          */
9076         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9077         if (ret && ret != -EBUSY)
9078                 goto done;
9079         ret = 0;
9080
9081         /*
9082          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
9083          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9084          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9085          * What we are going to do is to allocate all pages from
9086          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9087          *
9088          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9089          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9090          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9091          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9092          * once this is done free the pages we are not interested in.
9093          *
9094          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9095          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9096          */
9097
9098         order = 0;
9099         outer_start = start;
9100         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9101                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9102                         outer_start = start;
9103                         break;
9104                 }
9105                 outer_start &= ~0UL << order;
9106         }
9107
9108         if (outer_start != start) {
9109                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9110
9111                 /*
9112                  * outer_start page could be small order buddy page and
9113                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9114                  * in this case to report failed page properly
9115                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9116                  */
9117                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9118                         outer_start = start;
9119         }
9120
9121         /* Make sure the range is really isolated. */
9122         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9123                 ret = -EBUSY;
9124                 goto done;
9125         }
9126
9127         /* Grab isolated pages from freelists. */
9128         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9129         if (!outer_end) {
9130                 ret = -EBUSY;
9131                 goto done;
9132         }
9133
9134         /* Free head and tail (if any) */
9135         if (start != outer_start)
9136                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9137         if (end != outer_end)
9138                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9139
9140 done:
9141         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9142                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
9143         return ret;
9144 }
9145 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9146
9147 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9148                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9149 {
9150         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9151
9152         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9153                                   gfp_mask);
9154 }
9155
9156 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9157                                    unsigned long nr_pages)
9158 {
9159         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9160         struct page *page;
9161
9162         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9163                 page = pfn_to_online_page(i);
9164                 if (!page)
9165                         return false;
9166
9167                 if (page_zone(page) != z)
9168                         return false;
9169
9170                 if (PageReserved(page))
9171                         return false;
9172         }
9173         return true;
9174 }
9175
9176 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9177                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9178 {
9179         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9180
9181         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9182 }
9183
9184 /**
9185  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9186  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9187  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9188  * @nid:        Target node
9189  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9190  *
9191  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9192  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9193  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9194  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9195  *
9196  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9197  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
9198  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9199  *
9200  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9201  * __free_page() on each allocated page.
9202  *
9203  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9204  */
9205 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9206                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9207 {
9208         unsigned long ret, pfn, flags;
9209         struct zonelist *zonelist;
9210         struct zone *zone;
9211         struct zoneref *z;
9212
9213         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9214         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9215                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9216                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9217
9218                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9219                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9220                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9221                                 /*
9222                                  * We release the zone lock here because
9223                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9224                                  * at some point. If there's an allocation
9225                                  * spinning on this lock, it may win the race
9226                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9227                                  */
9228                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9229                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9230                                                         gfp_mask);
9231                                 if (!ret)
9232                                         return pfn_to_page(pfn);
9233                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9234                         }
9235                         pfn += nr_pages;
9236                 }
9237                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9238         }
9239         return NULL;
9240 }
9241 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9242
9243 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9244 {
9245         unsigned long count = 0;
9246
9247         for (; nr_pages--; pfn++) {
9248                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9249
9250                 count += page_count(page) != 1;
9251                 __free_page(page);
9252         }
9253         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9254 }
9255 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9256
9257 /*
9258  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
9259  * page high values need to be recalculated.
9260  */
9261 void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
9262 {
9263         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9264         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
9265         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9266 }
9267
9268 /*
9269  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9270  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9271  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9272  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9273  *
9274  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9275  */
9276 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9277 {
9278         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9279         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9280         __drain_all_pages(zone, true);
9281 }
9282
9283 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9284 {
9285         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9286         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9287 }
9288
9289 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9290 {
9291         int cpu;
9292         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9293
9294         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9295                 for_each_online_cpu(cpu) {
9296                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9297                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9298                 }
9299                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9300                 free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9301                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9302                 zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9303         }
9304 }
9305
9306 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9307 /*
9308  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9309  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9310  */
9311 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9312 {
9313         unsigned long pfn = start_pfn;
9314         struct page *page;
9315         struct zone *zone;
9316         unsigned int order;
9317         unsigned long flags;
9318
9319         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9320         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9321         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9322         while (pfn < end_pfn) {
9323                 page = pfn_to_page(pfn);
9324                 /*
9325                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9326                  * page_count() is not 0.
9327                  */
9328                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9329                         pfn++;
9330                         continue;
9331                 }
9332                 /*
9333                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9334                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9335                  */
9336                 if (PageOffline(page)) {
9337                         BUG_ON(page_count(page));
9338                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9339                         pfn++;
9340                         continue;
9341                 }
9342
9343                 BUG_ON(page_count(page));
9344                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9345                 order = buddy_order(page);
9346                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9347                 pfn += (1 << order);
9348         }
9349         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9350 }
9351 #endif
9352
9353 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9354 {
9355         struct zone *zone = page_zone(page);
9356         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9357         unsigned long flags;
9358         unsigned int order;
9359
9360         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9361         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9362                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9363
9364                 if (PageBuddy(page_head) && buddy_order(page_head) >= order)
9365                         break;
9366         }
9367         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9368
9369         return order < MAX_ORDER;
9370 }
9371
9372 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9373 /*
9374  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9375  * buddy allocator.
9376  */
9377 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9378                                    struct page *target, int low, int high,
9379                                    int migratetype)
9380 {
9381         unsigned long size = 1 << high;
9382         struct page *current_buddy, *next_page;
9383
9384         while (high > low) {
9385                 high--;
9386                 size >>= 1;
9387
9388                 if (target >= &page[size]) {
9389                         next_page = page + size;
9390                         current_buddy = page;
9391                 } else {
9392                         next_page = page;
9393                         current_buddy = page + size;
9394                 }
9395
9396                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9397                         continue;
9398
9399                 if (current_buddy != target) {
9400                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9401                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9402                         page = next_page;
9403                 }
9404         }
9405 }
9406
9407 /*
9408  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9409  */
9410 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9411 {
9412         struct zone *zone = page_zone(page);
9413         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9414         unsigned long flags;
9415         unsigned int order;
9416         bool ret = false;
9417
9418         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9419         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9420                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9421                 int page_order = buddy_order(page_head);
9422
9423                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9424                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9425                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9426                                                                    pfn_head);
9427
9428                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9429                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9430                                                 page_order, migratetype);
9431                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9432                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9433                         ret = true;
9434                         break;
9435                 }
9436                 if (page_count(page_head) > 0)
9437                         break;
9438         }
9439         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9440         return ret;
9441 }
9442 #endif