Merge tag 'arm64-fixes' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/arm64/linux
[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/migrate.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/sched/mm.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67 #include <linux/ftrace.h>
68 #include <linux/lockdep.h>
69 #include <linux/nmi.h>
70 #include <linux/psi.h>
71 #include <linux/padata.h>
72
73 #include <asm/sections.h>
74 #include <asm/tlbflush.h>
75 #include <asm/div64.h>
76 #include "internal.h"
77 #include "shuffle.h"
78 #include "page_reporting.h"
79
80 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
81 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
82 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
83
84 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
85 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
86 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
87 #endif
88
89 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
90
91 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
92 /*
93  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
94  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
95  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
96  * defined in <linux/topology.h>.
97  */
98 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
99 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
100 #endif
101
102 /* work_structs for global per-cpu drains */
103 struct pcpu_drain {
104         struct zone *zone;
105         struct work_struct work;
106 };
107 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
108 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
109
110 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
111 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
112 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
113 #endif
114
115 /*
116  * Array of node states.
117  */
118 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
119         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
120         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
121 #ifndef CONFIG_NUMA
122         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
123 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
124         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
125 #endif
126         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
127         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
128 #endif  /* NUMA */
129 };
130 EXPORT_SYMBOL(node_states);
131
132 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
133 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
134 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
135 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
136
137 int percpu_pagelist_fraction;
138 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
139 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
140 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
141 #else
142 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
143 #endif
144 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
145
146 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
147 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
148 #else
149 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
150 #endif
151 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
152
153 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
154 {
155         int ret;
156         bool bool_result;
157
158         if (!buf)
159                 return -EINVAL;
160         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
161         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
162                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
163         if (bool_result)
164                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
165         else
166                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
167         return ret;
168 }
169 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
170
171 static int __init early_init_on_free(char *buf)
172 {
173         int ret;
174         bool bool_result;
175
176         if (!buf)
177                 return -EINVAL;
178         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
179         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
180                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
181         if (bool_result)
182                 static_branch_enable(&init_on_free);
183         else
184                 static_branch_disable(&init_on_free);
185         return ret;
186 }
187 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
188
189 /*
190  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
191  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
192  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
193  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
194  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
195  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
196  */
197 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
198 {
199         return page->index;
200 }
201
202 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
203 {
204         page->index = migratetype;
205 }
206
207 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
208 /*
209  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
210  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
211  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
212  * they should always be called with system_transition_mutex held
213  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
214  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
215  * with that modification).
216  */
217
218 static gfp_t saved_gfp_mask;
219
220 void pm_restore_gfp_mask(void)
221 {
222         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
223         if (saved_gfp_mask) {
224                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
225                 saved_gfp_mask = 0;
226         }
227 }
228
229 void pm_restrict_gfp_mask(void)
230 {
231         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
232         WARN_ON(saved_gfp_mask);
233         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
234         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
235 }
236
237 bool pm_suspended_storage(void)
238 {
239         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
240                 return false;
241         return true;
242 }
243 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
244
245 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
246 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
247 #endif
248
249 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
250
251 /*
252  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
253  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
254  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
255  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
256  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
257  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
258  *
259  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
260  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
261  */
262 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
263 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
264         [ZONE_DMA] = 256,
265 #endif
266 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
267         [ZONE_DMA32] = 256,
268 #endif
269         [ZONE_NORMAL] = 32,
270 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
271         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
272 #endif
273         [ZONE_MOVABLE] = 0,
274 };
275
276 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
277 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
278          "DMA",
279 #endif
280 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
281          "DMA32",
282 #endif
283          "Normal",
284 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
285          "HighMem",
286 #endif
287          "Movable",
288 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
289          "Device",
290 #endif
291 };
292
293 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
294         "Unmovable",
295         "Movable",
296         "Reclaimable",
297         "HighAtomic",
298 #ifdef CONFIG_CMA
299         "CMA",
300 #endif
301 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
302         "Isolate",
303 #endif
304 };
305
306 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
307         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
308         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
309 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
310         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
311 #endif
312 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
313         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
314 #endif
315 };
316
317 int min_free_kbytes = 1024;
318 int user_min_free_kbytes = -1;
319 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
320 /*
321  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
322  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
323  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
324  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
325  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
326  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
327  * fragmentation avoidance.
328  */
329 int watermark_boost_factor __read_mostly;
330 #else
331 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
332 #endif
333 int watermark_scale_factor = 10;
334
335 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
336 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
337 static unsigned long dma_reserve __initdata;
338
339 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
340 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
341 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
342 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
343 static unsigned long required_movablecore __initdata;
344 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
345 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
346 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
347
348 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
349 int movable_zone;
350 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
351
352 #if MAX_NUMNODES > 1
353 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
354 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
355 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
356 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
357 #endif
358
359 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
360
361 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
362 /*
363  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
364  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
365  * and we can permanently disable that path.
366  */
367 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
368
369 /*
370  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
371  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
372  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
373  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
374  *
375  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
376  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
377  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
378  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
379  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
380  * initialization is done, but this is not likely to happen.
381  */
382 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
383 {
384         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
385                 kasan_free_pages(page, order);
386 }
387
388 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
389 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
390 {
391         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
392
393         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
394                 return true;
395
396         return false;
397 }
398
399 /*
400  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
401  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
402  */
403 static bool __meminit
404 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
405 {
406         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
407
408         /*
409          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
410          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
411          */
412         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
413                 prev_end_pfn = end_pfn;
414                 nr_initialised = 0;
415         }
416
417         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
418         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
419                 return false;
420
421         /*
422          * We start only with one section of pages, more pages are added as
423          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
424          */
425         nr_initialised++;
426         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
427             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
428                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
429                 return true;
430         }
431         return false;
432 }
433 #else
434 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
435
436 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
437 {
438         return false;
439 }
440
441 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
442 {
443         return false;
444 }
445 #endif
446
447 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
448 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
449                                                         unsigned long pfn)
450 {
451 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
452         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
453 #else
454         return page_zone(page)->pageblock_flags;
455 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
456 }
457
458 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
459 {
460 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
461         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
462 #else
463         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
464 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
465         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
466 }
467
468 /**
469  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
470  * @page: The page within the block of interest
471  * @pfn: The target page frame number
472  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
473  *
474  * Return: pageblock_bits flags
475  */
476 static __always_inline
477 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
478                                         unsigned long pfn,
479                                         unsigned long mask)
480 {
481         unsigned long *bitmap;
482         unsigned long bitidx, word_bitidx;
483         unsigned long word;
484
485         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
486         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
487         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
488         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
489
490         word = bitmap[word_bitidx];
491         return (word >> bitidx) & mask;
492 }
493
494 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
495                                         unsigned long mask)
496 {
497         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
498 }
499
500 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
501 {
502         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
503 }
504
505 /**
506  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
507  * @page: The page within the block of interest
508  * @flags: The flags to set
509  * @pfn: The target page frame number
510  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
511  */
512 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
513                                         unsigned long pfn,
514                                         unsigned long mask)
515 {
516         unsigned long *bitmap;
517         unsigned long bitidx, word_bitidx;
518         unsigned long old_word, word;
519
520         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
521         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
522
523         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
524         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
525         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
526         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
527
528         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
529
530         mask <<= bitidx;
531         flags <<= bitidx;
532
533         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
534         for (;;) {
535                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
536                 if (word == old_word)
537                         break;
538                 word = old_word;
539         }
540 }
541
542 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
543 {
544         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
545                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
546                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
547
548         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
549                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
550 }
551
552 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
553 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
554 {
555         int ret = 0;
556         unsigned seq;
557         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
558         unsigned long sp, start_pfn;
559
560         do {
561                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
562                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
563                 sp = zone->spanned_pages;
564                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
565                         ret = 1;
566         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
567
568         if (ret)
569                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
570                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
571                         start_pfn, start_pfn + sp);
572
573         return ret;
574 }
575
576 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
577 {
578         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
579                 return 0;
580         if (zone != page_zone(page))
581                 return 0;
582
583         return 1;
584 }
585 /*
586  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
587  */
588 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
589 {
590         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
591                 return 1;
592         if (!page_is_consistent(zone, page))
593                 return 1;
594
595         return 0;
596 }
597 #else
598 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
599 {
600         return 0;
601 }
602 #endif
603
604 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
605 {
606         static unsigned long resume;
607         static unsigned long nr_shown;
608         static unsigned long nr_unshown;
609
610         /*
611          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
612          * or allow a steady drip of one report per second.
613          */
614         if (nr_shown == 60) {
615                 if (time_before(jiffies, resume)) {
616                         nr_unshown++;
617                         goto out;
618                 }
619                 if (nr_unshown) {
620                         pr_alert(
621                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
622                                 nr_unshown);
623                         nr_unshown = 0;
624                 }
625                 nr_shown = 0;
626         }
627         if (nr_shown++ == 0)
628                 resume = jiffies + 60 * HZ;
629
630         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
631                 current->comm, page_to_pfn(page));
632         __dump_page(page, reason);
633         dump_page_owner(page);
634
635         print_modules();
636         dump_stack();
637 out:
638         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
639         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
640         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
641 }
642
643 /*
644  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
645  *
646  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
647  *
648  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
649  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
650  *
651  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
652  * page destructors. See compound_page_dtors.
653  *
654  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
655  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
656  */
657
658 void free_compound_page(struct page *page)
659 {
660         mem_cgroup_uncharge(page);
661         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
662 }
663
664 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
665 {
666         int i;
667         int nr_pages = 1 << order;
668
669         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
670         set_compound_order(page, order);
671         __SetPageHead(page);
672         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
673                 struct page *p = page + i;
674                 set_page_count(p, 0);
675                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
676                 set_compound_head(p, page);
677         }
678         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
679         if (hpage_pincount_available(page))
680                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
681 }
682
683 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
684 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
685
686 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
687                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
688 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
689 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
690 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
691
692 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
693
694 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
695 {
696         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
697 }
698 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
699
700 void init_debug_pagealloc(void)
701 {
702         if (!debug_pagealloc_enabled())
703                 return;
704
705         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
706
707         if (!debug_guardpage_minorder())
708                 return;
709
710         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
711 }
712
713 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
714 {
715         unsigned long res;
716
717         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
718                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
719                 return 0;
720         }
721         _debug_guardpage_minorder = res;
722         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
723         return 0;
724 }
725 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
726
727 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
728                                 unsigned int order, int migratetype)
729 {
730         if (!debug_guardpage_enabled())
731                 return false;
732
733         if (order >= debug_guardpage_minorder())
734                 return false;
735
736         __SetPageGuard(page);
737         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
738         set_page_private(page, order);
739         /* Guard pages are not available for any usage */
740         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
741
742         return true;
743 }
744
745 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
746                                 unsigned int order, int migratetype)
747 {
748         if (!debug_guardpage_enabled())
749                 return;
750
751         __ClearPageGuard(page);
752
753         set_page_private(page, 0);
754         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
755                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
756 }
757 #else
758 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
759                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
760 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
761                                 unsigned int order, int migratetype) {}
762 #endif
763
764 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
765 {
766         set_page_private(page, order);
767         __SetPageBuddy(page);
768 }
769
770 /*
771  * This function checks whether a page is free && is the buddy
772  * we can coalesce a page and its buddy if
773  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
774  * (b) the buddy is in the buddy system &&
775  * (c) a page and its buddy have the same order &&
776  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
777  *
778  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
779  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
780  *
781  * For recording page's order, we use page_private(page).
782  */
783 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
784                                                         unsigned int order)
785 {
786         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
787                 return false;
788
789         if (page_order(buddy) != order)
790                 return false;
791
792         /*
793          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
794          * zone/node ids for pages that could never merge.
795          */
796         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
797                 return false;
798
799         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
800
801         return true;
802 }
803
804 #ifdef CONFIG_COMPACTION
805 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
806 {
807         struct capture_control *capc = current->capture_control;
808
809         return unlikely(capc) &&
810                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
811                 !capc->page &&
812                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
813 }
814
815 static inline bool
816 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
817                    int order, int migratetype)
818 {
819         if (!capc || order != capc->cc->order)
820                 return false;
821
822         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
823         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
824             is_migrate_isolate(migratetype))
825                 return false;
826
827         /*
828          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
829          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
830          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
831          * have trouble finding a high-order free page.
832          */
833         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
834                 return false;
835
836         capc->page = page;
837         return true;
838 }
839
840 #else
841 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
842 {
843         return NULL;
844 }
845
846 static inline bool
847 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
848                    int order, int migratetype)
849 {
850         return false;
851 }
852 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
853
854 /* Used for pages not on another list */
855 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
856                                     unsigned int order, int migratetype)
857 {
858         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
859
860         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
861         area->nr_free++;
862 }
863
864 /* Used for pages not on another list */
865 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
866                                          unsigned int order, int migratetype)
867 {
868         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
869
870         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
871         area->nr_free++;
872 }
873
874 /* Used for pages which are on another list */
875 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
876                                      unsigned int order, int migratetype)
877 {
878         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
879
880         list_move(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
881 }
882
883 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
884                                            unsigned int order)
885 {
886         /* clear reported state and update reported page count */
887         if (page_reported(page))
888                 __ClearPageReported(page);
889
890         list_del(&page->lru);
891         __ClearPageBuddy(page);
892         set_page_private(page, 0);
893         zone->free_area[order].nr_free--;
894 }
895
896 /*
897  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
898  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
899  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
900  * that is happening, add the free page to the tail of the list
901  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
902  * as a higher order page
903  */
904 static inline bool
905 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
906                    struct page *page, unsigned int order)
907 {
908         struct page *higher_page, *higher_buddy;
909         unsigned long combined_pfn;
910
911         if (order >= MAX_ORDER - 2)
912                 return false;
913
914         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
915                 return false;
916
917         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
918         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
919         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
920         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
921
922         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
923                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
924 }
925
926 /*
927  * Freeing function for a buddy system allocator.
928  *
929  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
930  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
931  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
932  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
933  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
934  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
935  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
936  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
937  * parts of the VM system.
938  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
939  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
940  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
941  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
942  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
943  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
944  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
945  * triggers coalescing into a block of larger size.
946  *
947  * -- nyc
948  */
949
950 static inline void __free_one_page(struct page *page,
951                 unsigned long pfn,
952                 struct zone *zone, unsigned int order,
953                 int migratetype, bool report)
954 {
955         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
956         unsigned long buddy_pfn;
957         unsigned long combined_pfn;
958         unsigned int max_order;
959         struct page *buddy;
960         bool to_tail;
961
962         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
963
964         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
965         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
966
967         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
968         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
969                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
970
971         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
972         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
973
974 continue_merging:
975         while (order < max_order - 1) {
976                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
977                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
978                                                                 migratetype);
979                         return;
980                 }
981                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
982                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
983
984                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
985                         goto done_merging;
986                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
987                         goto done_merging;
988                 /*
989                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
990                  * merge with it and move up one order.
991                  */
992                 if (page_is_guard(buddy))
993                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
994                 else
995                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
996                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
997                 page = page + (combined_pfn - pfn);
998                 pfn = combined_pfn;
999                 order++;
1000         }
1001         if (max_order < MAX_ORDER) {
1002                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1003                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1004                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1005                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1006                  *
1007                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1008                  * low-order merging.
1009                  */
1010                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1011                         int buddy_mt;
1012
1013                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1014                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1015                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1016
1017                         if (migratetype != buddy_mt
1018                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1019                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1020                                 goto done_merging;
1021                 }
1022                 max_order++;
1023                 goto continue_merging;
1024         }
1025
1026 done_merging:
1027         set_page_order(page, order);
1028
1029         if (is_shuffle_order(order))
1030                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1031         else
1032                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1033
1034         if (to_tail)
1035                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1036         else
1037                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1038
1039         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1040         if (report)
1041                 page_reporting_notify_free(order);
1042 }
1043
1044 /*
1045  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1046  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1047  * check if necessary.
1048  */
1049 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1050                                         unsigned long check_flags)
1051 {
1052         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1053                 return false;
1054
1055         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1056                         page_ref_count(page) |
1057 #ifdef CONFIG_MEMCG
1058                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1059 #endif
1060                         (page->flags & check_flags)))
1061                 return false;
1062
1063         return true;
1064 }
1065
1066 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1067 {
1068         const char *bad_reason = NULL;
1069
1070         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1071                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1072         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1073                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1074         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1075                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1076         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1077                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1078                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1079                 else
1080                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1081         }
1082 #ifdef CONFIG_MEMCG
1083         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1084                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1085 #endif
1086         return bad_reason;
1087 }
1088
1089 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1090 {
1091         bad_page(page,
1092                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1093 }
1094
1095 static inline int check_free_page(struct page *page)
1096 {
1097         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1098                 return 0;
1099
1100         /* Something has gone sideways, find it */
1101         check_free_page_bad(page);
1102         return 1;
1103 }
1104
1105 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1106 {
1107         int ret = 1;
1108
1109         /*
1110          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1111          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1112          */
1113         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1114
1115         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1116                 ret = 0;
1117                 goto out;
1118         }
1119         switch (page - head_page) {
1120         case 1:
1121                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1122                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1123                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1124                         goto out;
1125                 }
1126                 break;
1127         case 2:
1128                 /*
1129                  * the second tail page: ->mapping is
1130                  * deferred_list.next -- ignore value.
1131                  */
1132                 break;
1133         default:
1134                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1135                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1136                         goto out;
1137                 }
1138                 break;
1139         }
1140         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1141                 bad_page(page, "PageTail not set");
1142                 goto out;
1143         }
1144         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1145                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1146                 goto out;
1147         }
1148         ret = 0;
1149 out:
1150         page->mapping = NULL;
1151         clear_compound_head(page);
1152         return ret;
1153 }
1154
1155 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1156 {
1157         int i;
1158
1159         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1160         kasan_disable_current();
1161         for (i = 0; i < numpages; i++)
1162                 clear_highpage(page + i);
1163         kasan_enable_current();
1164 }
1165
1166 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1167                                         unsigned int order, bool check_free)
1168 {
1169         int bad = 0;
1170
1171         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1172
1173         trace_mm_page_free(page, order);
1174
1175         /*
1176          * Check tail pages before head page information is cleared to
1177          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1178          */
1179         if (unlikely(order)) {
1180                 bool compound = PageCompound(page);
1181                 int i;
1182
1183                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1184
1185                 if (compound)
1186                         ClearPageDoubleMap(page);
1187                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1188                         if (compound)
1189                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1190                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1191                                 bad++;
1192                                 continue;
1193                         }
1194                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1195                 }
1196         }
1197         if (PageMappingFlags(page))
1198                 page->mapping = NULL;
1199         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1200                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1201         if (check_free)
1202                 bad += check_free_page(page);
1203         if (bad)
1204                 return false;
1205
1206         page_cpupid_reset_last(page);
1207         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1208         reset_page_owner(page, order);
1209
1210         if (!PageHighMem(page)) {
1211                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1212                                            PAGE_SIZE << order);
1213                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1214                                            PAGE_SIZE << order);
1215         }
1216         if (want_init_on_free())
1217                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1218
1219         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1220         /*
1221          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1222          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1223          * happen after this.
1224          */
1225         arch_free_page(page, order);
1226
1227         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1228                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1229
1230         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1231
1232         return true;
1233 }
1234
1235 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1236 /*
1237  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1238  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1239  * moved from pcp lists to free lists.
1240  */
1241 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1242 {
1243         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1244 }
1245
1246 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1247 {
1248         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1249                 return check_free_page(page);
1250         else
1251                 return false;
1252 }
1253 #else
1254 /*
1255  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1256  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1257  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1258  * to the pcp lists.
1259  */
1260 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1261 {
1262         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1263                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1264         else
1265                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1266 }
1267
1268 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1269 {
1270         return check_free_page(page);
1271 }
1272 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1273
1274 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1275 {
1276         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1277         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1278         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1279
1280         prefetch(buddy);
1281 }
1282
1283 /*
1284  * Frees a number of pages from the PCP lists
1285  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1286  * count is the number of pages to free.
1287  *
1288  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1289  * see if this freeing clears that state.
1290  *
1291  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1292  * pinned" detection logic.
1293  */
1294 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1295                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1296 {
1297         int migratetype = 0;
1298         int batch_free = 0;
1299         int prefetch_nr = 0;
1300         bool isolated_pageblocks;
1301         struct page *page, *tmp;
1302         LIST_HEAD(head);
1303
1304         while (count) {
1305                 struct list_head *list;
1306
1307                 /*
1308                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1309                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1310                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1311                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1312                  * lists
1313                  */
1314                 do {
1315                         batch_free++;
1316                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1317                                 migratetype = 0;
1318                         list = &pcp->lists[migratetype];
1319                 } while (list_empty(list));
1320
1321                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1322                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1323                         batch_free = count;
1324
1325                 do {
1326                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1327                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1328                         list_del(&page->lru);
1329                         pcp->count--;
1330
1331                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1332                                 continue;
1333
1334                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1335
1336                         /*
1337                          * We are going to put the page back to the global
1338                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1339                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1340                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1341                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1342                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1343                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1344                          */
1345                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1346                                 prefetch_buddy(page);
1347                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1348         }
1349
1350         spin_lock(&zone->lock);
1351         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1352
1353         /*
1354          * Use safe version since after __free_one_page(),
1355          * page->lru.next will not point to original list.
1356          */
1357         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1358                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1359                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1360                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1361                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1362                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1363                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1364
1365                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt, true);
1366                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1367         }
1368         spin_unlock(&zone->lock);
1369 }
1370
1371 static void free_one_page(struct zone *zone,
1372                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1373                                 unsigned int order,
1374                                 int migratetype)
1375 {
1376         spin_lock(&zone->lock);
1377         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1378                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1379                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1380         }
1381         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, true);
1382         spin_unlock(&zone->lock);
1383 }
1384
1385 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1386                                 unsigned long zone, int nid)
1387 {
1388         mm_zero_struct_page(page);
1389         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1390         init_page_count(page);
1391         page_mapcount_reset(page);
1392         page_cpupid_reset_last(page);
1393         page_kasan_tag_reset(page);
1394
1395         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1396 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1397         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1398         if (!is_highmem_idx(zone))
1399                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1400 #endif
1401 }
1402
1403 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1404 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1405 {
1406         pg_data_t *pgdat;
1407         int nid, zid;
1408
1409         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1410                 return;
1411
1412         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1413         pgdat = NODE_DATA(nid);
1414
1415         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1416                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1417
1418                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1419                         break;
1420         }
1421         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1422 }
1423 #else
1424 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1425 {
1426 }
1427 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1428
1429 /*
1430  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1431  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1432  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1433  * sent to the buddy page allocator.
1434  */
1435 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1436 {
1437         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1438         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1439
1440         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1441                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1442                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1443
1444                         init_reserved_page(start_pfn);
1445
1446                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1447                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1448
1449                         /*
1450                          * no need for atomic set_bit because the struct
1451                          * page is not visible yet so nobody should
1452                          * access it yet.
1453                          */
1454                         __SetPageReserved(page);
1455                 }
1456         }
1457 }
1458
1459 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1460 {
1461         unsigned long flags;
1462         int migratetype;
1463         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1464
1465         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1466                 return;
1467
1468         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1469         local_irq_save(flags);
1470         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1471         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1472         local_irq_restore(flags);
1473 }
1474
1475 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1476 {
1477         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1478         struct page *p = page;
1479         unsigned int loop;
1480
1481         prefetchw(p);
1482         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1483                 prefetchw(p + 1);
1484                 __ClearPageReserved(p);
1485                 set_page_count(p, 0);
1486         }
1487         __ClearPageReserved(p);
1488         set_page_count(p, 0);
1489
1490         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1491         set_page_refcounted(page);
1492         __free_pages(page, order);
1493 }
1494
1495 #ifdef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
1496
1497 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1498
1499 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
1500
1501 /*
1502  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1503  */
1504 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1505                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1506 {
1507         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1508         int nid;
1509
1510         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1511                 return state->last_nid;
1512
1513         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1514         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1515                 state->last_start = start_pfn;
1516                 state->last_end = end_pfn;
1517                 state->last_nid = nid;
1518         }
1519
1520         return nid;
1521 }
1522 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
1523
1524 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1525 {
1526         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1527         int nid;
1528
1529         spin_lock(&early_pfn_lock);
1530         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1531         if (nid < 0)
1532                 nid = first_online_node;
1533         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1534
1535         return nid;
1536 }
1537 #endif /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1538
1539 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1540                                                         unsigned int order)
1541 {
1542         if (early_page_uninitialised(pfn))
1543                 return;
1544         __free_pages_core(page, order);
1545 }
1546
1547 /*
1548  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1549  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1550  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1551  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1552  * pageblocks.
1553  *
1554  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1555  *
1556  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1557  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1558  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1559  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1560  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1561  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1562  * page in a pageblock.
1563  */
1564 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1565                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1566 {
1567         struct page *start_page;
1568         struct page *end_page;
1569
1570         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1571         end_pfn--;
1572
1573         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1574                 return NULL;
1575
1576         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1577         if (!start_page)
1578                 return NULL;
1579
1580         if (page_zone(start_page) != zone)
1581                 return NULL;
1582
1583         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1584
1585         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1586         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1587                 return NULL;
1588
1589         return start_page;
1590 }
1591
1592 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1593 {
1594         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1595         unsigned long block_end_pfn;
1596
1597         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1598         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1599                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1600                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1601
1602                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1603
1604                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1605                                              block_end_pfn, zone))
1606                         return;
1607                 cond_resched();
1608         }
1609
1610         /* We confirm that there is no hole */
1611         zone->contiguous = true;
1612 }
1613
1614 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1615 {
1616         zone->contiguous = false;
1617 }
1618
1619 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1620 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1621                                        unsigned long nr_pages)
1622 {
1623         struct page *page;
1624         unsigned long i;
1625
1626         if (!nr_pages)
1627                 return;
1628
1629         page = pfn_to_page(pfn);
1630
1631         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1632         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1633             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1634                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1635                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1636                 return;
1637         }
1638
1639         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1640                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1641                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1642                 __free_pages_core(page, 0);
1643         }
1644 }
1645
1646 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1647 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1648 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1649
1650 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1651 {
1652         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1653                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1654 }
1655
1656 /*
1657  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1658  *
1659  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1660  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1661  * function is optimized out.
1662  *
1663  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1664  * of the head pfn.
1665  */
1666 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1667 {
1668         if (!pfn_valid_within(pfn))
1669                 return false;
1670         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1671                 return false;
1672         return true;
1673 }
1674
1675 /*
1676  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1677  * pageblock_nr_pages sizes.
1678  */
1679 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1680                                        unsigned long end_pfn)
1681 {
1682         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1683         unsigned long nr_free = 0;
1684
1685         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1686                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1687                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1688                         nr_free = 0;
1689                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1690                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1691                         nr_free = 1;
1692                 } else {
1693                         nr_free++;
1694                 }
1695         }
1696         /* Free the last block of pages to allocator */
1697         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1698 }
1699
1700 /*
1701  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1702  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1703  * Return number of pages initialized.
1704  */
1705 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1706                                                  unsigned long pfn,
1707                                                  unsigned long end_pfn)
1708 {
1709         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1710         int nid = zone_to_nid(zone);
1711         unsigned long nr_pages = 0;
1712         int zid = zone_idx(zone);
1713         struct page *page = NULL;
1714
1715         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1716                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1717                         page = NULL;
1718                         continue;
1719                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1720                         page = pfn_to_page(pfn);
1721                 } else {
1722                         page++;
1723                 }
1724                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1725                 nr_pages++;
1726         }
1727         return (nr_pages);
1728 }
1729
1730 /*
1731  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1732  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1733  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1734  * return false indicating there are no valid ranges left.
1735  */
1736 static bool __init
1737 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1738                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1739                                     unsigned long first_init_pfn)
1740 {
1741         u64 j;
1742
1743         /*
1744          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1745          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1746          * so we just need to flush them out of the system.
1747          */
1748         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1749                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1750                         continue;
1751                 if (*spfn < first_init_pfn)
1752                         *spfn = first_init_pfn;
1753                 *i = j;
1754                 return true;
1755         }
1756
1757         return false;
1758 }
1759
1760 /*
1761  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1762  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1763  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1764  * page in __free_one_page()).
1765  *
1766  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1767  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1768  * any issues with the buddy page computation.
1769  */
1770 static unsigned long __init
1771 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1772                        unsigned long *end_pfn)
1773 {
1774         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1775         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1776         unsigned long nr_pages = 0;
1777         u64 j = *i;
1778
1779         /* First we loop through and initialize the page values */
1780         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1781                 unsigned long t;
1782
1783                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1784                         break;
1785
1786                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1787                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1788
1789                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1790                         *start_pfn = mo_pfn;
1791                         break;
1792                 }
1793         }
1794
1795         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1796         swap(j, *i);
1797
1798         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1799                 unsigned long t;
1800
1801                 if (mo_pfn <= spfn)
1802                         break;
1803
1804                 t = min(mo_pfn, epfn);
1805                 deferred_free_pages(spfn, t);
1806
1807                 if (mo_pfn <= epfn)
1808                         break;
1809         }
1810
1811         return nr_pages;
1812 }
1813
1814 static void __init
1815 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1816                            void *arg)
1817 {
1818         unsigned long spfn, epfn;
1819         struct zone *zone = arg;
1820         u64 i;
1821
1822         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
1823
1824         /*
1825          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
1826          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
1827          */
1828         while (spfn < end_pfn) {
1829                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1830                 cond_resched();
1831         }
1832 }
1833
1834 /* An arch may override for more concurrency. */
1835 __weak int __init
1836 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
1837 {
1838         return 1;
1839 }
1840
1841 /* Initialise remaining memory on a node */
1842 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1843 {
1844         pg_data_t *pgdat = data;
1845         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1846         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
1847         unsigned long first_init_pfn, flags;
1848         unsigned long start = jiffies;
1849         struct zone *zone;
1850         int zid, max_threads;
1851         u64 i;
1852
1853         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1854         if (!cpumask_empty(cpumask))
1855                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1856
1857         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1858         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1859         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1860                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1861                 pgdat_init_report_one_done();
1862                 return 0;
1863         }
1864
1865         /* Sanity check boundaries */
1866         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1867         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1868         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1869
1870         /*
1871          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
1872          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
1873          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
1874          */
1875         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1876
1877         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1878         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1879                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1880                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1881                         break;
1882         }
1883
1884         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1885         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1886                                                  first_init_pfn))
1887                 goto zone_empty;
1888
1889         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
1890
1891         while (spfn < epfn) {
1892                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
1893                 struct padata_mt_job job = {
1894                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
1895                         .fn_arg      = zone,
1896                         .start       = spfn,
1897                         .size        = epfn_align - spfn,
1898                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
1899                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
1900                         .max_threads = max_threads,
1901                 };
1902
1903                 padata_do_multithreaded(&job);
1904                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1905                                                     epfn_align);
1906         }
1907 zone_empty:
1908         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1909         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1910
1911         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
1912                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1913
1914         pgdat_init_report_one_done();
1915         return 0;
1916 }
1917
1918 /*
1919  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1920  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1921  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1922  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1923  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1924  *
1925  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1926  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1927  * enough pages to satisfy the allocation.
1928  *
1929  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1930  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1931  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1932  */
1933 static noinline bool __init
1934 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1935 {
1936         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1937         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1938         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1939         unsigned long spfn, epfn, flags;
1940         unsigned long nr_pages = 0;
1941         u64 i;
1942
1943         /* Only the last zone may have deferred pages */
1944         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1945                 return false;
1946
1947         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1948
1949         /*
1950          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1951          * true, as there might be enough pages already.
1952          */
1953         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1954                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1955                 return true;
1956         }
1957
1958         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1959         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1960                                                  first_deferred_pfn)) {
1961                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1962                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1963                 /* Retry only once. */
1964                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1965         }
1966
1967         /*
1968          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1969          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1970          * allocator.
1971          */
1972         while (spfn < epfn) {
1973                 /* update our first deferred PFN for this section */
1974                 first_deferred_pfn = spfn;
1975
1976                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1977                 touch_nmi_watchdog();
1978
1979                 /* We should only stop along section boundaries */
1980                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1981                         continue;
1982
1983                 /* If our quota has been met we can stop here */
1984                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1985                         break;
1986         }
1987
1988         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1989         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1990
1991         return nr_pages > 0;
1992 }
1993
1994 /*
1995  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1996  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1997  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1998  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1999  */
2000 static bool __ref
2001 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2002 {
2003         return deferred_grow_zone(zone, order);
2004 }
2005
2006 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2007
2008 void __init page_alloc_init_late(void)
2009 {
2010         struct zone *zone;
2011         int nid;
2012
2013 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2014
2015         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2016         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2017         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2018                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2019         }
2020
2021         /* Block until all are initialised */
2022         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2023
2024         /*
2025          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
2026          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
2027          * will be artificially small.
2028          */
2029         for_each_populated_zone(zone)
2030                 zone_pcp_update(zone);
2031
2032         /*
2033          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2034          * on-demand struct page initialization.
2035          */
2036         static_branch_disable(&deferred_pages);
2037
2038         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2039         files_maxfiles_init();
2040 #endif
2041
2042         /* Discard memblock private memory */
2043         memblock_discard();
2044
2045         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2046                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2047
2048         for_each_populated_zone(zone)
2049                 set_zone_contiguous(zone);
2050 }
2051
2052 #ifdef CONFIG_CMA
2053 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2054 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2055 {
2056         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2057         struct page *p = page;
2058
2059         do {
2060                 __ClearPageReserved(p);
2061                 set_page_count(p, 0);
2062         } while (++p, --i);
2063
2064         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2065
2066         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2067                 i = pageblock_nr_pages;
2068                 p = page;
2069                 do {
2070                         set_page_refcounted(p);
2071                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2072                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2073                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2074         } else {
2075                 set_page_refcounted(page);
2076                 __free_pages(page, pageblock_order);
2077         }
2078
2079         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2080 }
2081 #endif
2082
2083 /*
2084  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2085  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2086  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2087  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2088  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2089  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2090  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2091  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2092  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2093  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2094  *
2095  * -- nyc
2096  */
2097 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2098         int low, int high, int migratetype)
2099 {
2100         unsigned long size = 1 << high;
2101
2102         while (high > low) {
2103                 high--;
2104                 size >>= 1;
2105                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2106
2107                 /*
2108                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2109                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2110                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2111                  * pages will stay not present in virtual address space
2112                  */
2113                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2114                         continue;
2115
2116                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2117                 set_page_order(&page[size], high);
2118         }
2119 }
2120
2121 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2122 {
2123         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2124                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2125                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2126                 return;
2127         }
2128
2129         bad_page(page,
2130                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2131 }
2132
2133 /*
2134  * This page is about to be returned from the page allocator
2135  */
2136 static inline int check_new_page(struct page *page)
2137 {
2138         if (likely(page_expected_state(page,
2139                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2140                 return 0;
2141
2142         check_new_page_bad(page);
2143         return 1;
2144 }
2145
2146 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2147 {
2148         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2149                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2150 }
2151
2152 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2153 /*
2154  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2155  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2156  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2157  */
2158 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2159 {
2160         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2161                 return check_new_page(page);
2162         else
2163                 return false;
2164 }
2165
2166 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2167 {
2168         return check_new_page(page);
2169 }
2170 #else
2171 /*
2172  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2173  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2174  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2175  */
2176 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2177 {
2178         return check_new_page(page);
2179 }
2180 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2181 {
2182         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2183                 return check_new_page(page);
2184         else
2185                 return false;
2186 }
2187 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2188
2189 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2190 {
2191         int i;
2192         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2193                 struct page *p = page + i;
2194
2195                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2196                         return true;
2197         }
2198
2199         return false;
2200 }
2201
2202 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2203                                 gfp_t gfp_flags)
2204 {
2205         set_page_private(page, 0);
2206         set_page_refcounted(page);
2207
2208         arch_alloc_page(page, order);
2209         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2210                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2211         kasan_alloc_pages(page, order);
2212         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2213         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2214 }
2215
2216 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2217                                                         unsigned int alloc_flags)
2218 {
2219         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2220
2221         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2222                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2223
2224         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2225                 prep_compound_page(page, order);
2226
2227         /*
2228          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2229          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2230          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2231          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2232          */
2233         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2234                 set_page_pfmemalloc(page);
2235         else
2236                 clear_page_pfmemalloc(page);
2237 }
2238
2239 /*
2240  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2241  * the smallest available page from the freelists
2242  */
2243 static __always_inline
2244 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2245                                                 int migratetype)
2246 {
2247         unsigned int current_order;
2248         struct free_area *area;
2249         struct page *page;
2250
2251         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2252         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2253                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2254                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2255                 if (!page)
2256                         continue;
2257                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2258                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2259                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2260                 return page;
2261         }
2262
2263         return NULL;
2264 }
2265
2266
2267 /*
2268  * This array describes the order lists are fallen back to when
2269  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2270  */
2271 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2272         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2273         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2274         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2275 #ifdef CONFIG_CMA
2276         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2277 #endif
2278 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2279         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2280 #endif
2281 };
2282
2283 #ifdef CONFIG_CMA
2284 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2285                                         unsigned int order)
2286 {
2287         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2288 }
2289 #else
2290 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2291                                         unsigned int order) { return NULL; }
2292 #endif
2293
2294 /*
2295  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2296  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2297  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2298  */
2299 static int move_freepages(struct zone *zone,
2300                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2301                           int migratetype, int *num_movable)
2302 {
2303         struct page *page;
2304         unsigned int order;
2305         int pages_moved = 0;
2306
2307         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2308                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2309                         page++;
2310                         continue;
2311                 }
2312
2313                 if (!PageBuddy(page)) {
2314                         /*
2315                          * We assume that pages that could be isolated for
2316                          * migration are movable. But we don't actually try
2317                          * isolating, as that would be expensive.
2318                          */
2319                         if (num_movable &&
2320                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2321                                 (*num_movable)++;
2322
2323                         page++;
2324                         continue;
2325                 }
2326
2327                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2328                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2329                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2330
2331                 order = page_order(page);
2332                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2333                 page += 1 << order;
2334                 pages_moved += 1 << order;
2335         }
2336
2337         return pages_moved;
2338 }
2339
2340 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2341                                 int migratetype, int *num_movable)
2342 {
2343         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2344         struct page *start_page, *end_page;
2345
2346         if (num_movable)
2347                 *num_movable = 0;
2348
2349         start_pfn = page_to_pfn(page);
2350         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2351         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2352         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2353         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2354
2355         /* Do not cross zone boundaries */
2356         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2357                 start_page = page;
2358         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2359                 return 0;
2360
2361         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2362                                                                 num_movable);
2363 }
2364
2365 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2366                                         int start_order, int migratetype)
2367 {
2368         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2369
2370         while (nr_pageblocks--) {
2371                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2372                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2373         }
2374 }
2375
2376 /*
2377  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2378  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2379  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2380  *
2381  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2382  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2383  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2384  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2385  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2386  * pageblocks.
2387  */
2388 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2389 {
2390         /*
2391          * Leaving this order check is intended, although there is
2392          * relaxed order check in next check. The reason is that
2393          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2394          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2395          * so could be changed anytime.
2396          */
2397         if (order >= pageblock_order)
2398                 return true;
2399
2400         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2401                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2402                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2403                 page_group_by_mobility_disabled)
2404                 return true;
2405
2406         return false;
2407 }
2408
2409 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2410 {
2411         unsigned long max_boost;
2412
2413         if (!watermark_boost_factor)
2414                 return;
2415         /*
2416          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2417          * On small machines, including kdump capture kernels running
2418          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2419          * memory situation immediately.
2420          */
2421         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2422                 return;
2423
2424         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2425                         watermark_boost_factor, 10000);
2426
2427         /*
2428          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2429          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2430          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2431          * allocations that early means that reclaim is not going
2432          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2433          * boosted watermark resulting in a hang.
2434          */
2435         if (!max_boost)
2436                 return;
2437
2438         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2439
2440         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2441                 max_boost);
2442 }
2443
2444 /*
2445  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2446  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2447  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2448  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2449  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2450  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2451  */
2452 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2453                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2454 {
2455         unsigned int current_order = page_order(page);
2456         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2457         int old_block_type;
2458
2459         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2460
2461         /*
2462          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2463          * highatomic accounting.
2464          */
2465         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2466                 goto single_page;
2467
2468         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2469         if (current_order >= pageblock_order) {
2470                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2471                 goto single_page;
2472         }
2473
2474         /*
2475          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2476          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2477          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2478          */
2479         boost_watermark(zone);
2480         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2481                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2482
2483         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2484         if (!whole_block)
2485                 goto single_page;
2486
2487         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2488                                                 &movable_pages);
2489         /*
2490          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2491          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2492          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2493          */
2494         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2495                 alike_pages = movable_pages;
2496         } else {
2497                 /*
2498                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2499                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2500                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2501                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2502                  * exact migratetype of non-movable pages.
2503                  */
2504                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2505                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2506                                                 - (free_pages + movable_pages);
2507                 else
2508                         alike_pages = 0;
2509         }
2510
2511         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2512         if (!free_pages)
2513                 goto single_page;
2514
2515         /*
2516          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2517          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2518          */
2519         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2520                         page_group_by_mobility_disabled)
2521                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2522
2523         return;
2524
2525 single_page:
2526         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2527 }
2528
2529 /*
2530  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2531  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2532  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2533  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2534  */
2535 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2536                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2537 {
2538         int i;
2539         int fallback_mt;
2540
2541         if (area->nr_free == 0)
2542                 return -1;
2543
2544         *can_steal = false;
2545         for (i = 0;; i++) {
2546                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2547                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2548                         break;
2549
2550                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2551                         continue;
2552
2553                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2554                         *can_steal = true;
2555
2556                 if (!only_stealable)
2557                         return fallback_mt;
2558
2559                 if (*can_steal)
2560                         return fallback_mt;
2561         }
2562
2563         return -1;
2564 }
2565
2566 /*
2567  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2568  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2569  */
2570 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2571                                 unsigned int alloc_order)
2572 {
2573         int mt;
2574         unsigned long max_managed, flags;
2575
2576         /*
2577          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2578          * Check is race-prone but harmless.
2579          */
2580         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2581         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2582                 return;
2583
2584         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2585
2586         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2587         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2588                 goto out_unlock;
2589
2590         /* Yoink! */
2591         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2592         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2593             && !is_migrate_cma(mt)) {
2594                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2595                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2596                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2597         }
2598
2599 out_unlock:
2600         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2601 }
2602
2603 /*
2604  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2605  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2606  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2607  * to recover from than an OOM.
2608  *
2609  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2610  * pageblock is exhausted.
2611  */
2612 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2613                                                 bool force)
2614 {
2615         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2616         unsigned long flags;
2617         struct zoneref *z;
2618         struct zone *zone;
2619         struct page *page;
2620         int order;
2621         bool ret;
2622
2623         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2624                                                                 ac->nodemask) {
2625                 /*
2626                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2627                  * is really high.
2628                  */
2629                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2630                                         pageblock_nr_pages)
2631                         continue;
2632
2633                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2634                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2635                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2636
2637                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2638                         if (!page)
2639                                 continue;
2640
2641                         /*
2642                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2643                          * we can counter several free pages in a pageblock
2644                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2645                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2646                          * adjust the count once.
2647                          */
2648                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2649                                 /*
2650                                  * It should never happen but changes to
2651                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2652                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2653                                  * while unreserving so be safe and watch for
2654                                  * underflows.
2655                                  */
2656                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2657                                                 pageblock_nr_pages,
2658                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2659                         }
2660
2661                         /*
2662                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2663                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2664                          * is doing the work and needs the pages. More
2665                          * importantly, if the block was always converted to
2666                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2667                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2668                          * may increase.
2669                          */
2670                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2671                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2672                                                                         NULL);
2673                         if (ret) {
2674                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2675                                 return ret;
2676                         }
2677                 }
2678                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2679         }
2680
2681         return false;
2682 }
2683
2684 /*
2685  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2686  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2687  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2688  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2689  *
2690  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2691  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2692  * condition simpler.
2693  */
2694 static __always_inline bool
2695 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2696                                                 unsigned int alloc_flags)
2697 {
2698         struct free_area *area;
2699         int current_order;
2700         int min_order = order;
2701         struct page *page;
2702         int fallback_mt;
2703         bool can_steal;
2704
2705         /*
2706          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2707          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2708          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2709          */
2710         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2711                 min_order = pageblock_order;
2712
2713         /*
2714          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2715          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2716          * would be too costly to do exactly.
2717          */
2718         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2719                                 --current_order) {
2720                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2721                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2722                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2723                 if (fallback_mt == -1)
2724                         continue;
2725
2726                 /*
2727                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2728                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2729                  * steal and split the smallest available page instead of the
2730                  * largest available page, because even if the next movable
2731                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2732                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2733                  */
2734                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2735                                         && current_order > order)
2736                         goto find_smallest;
2737
2738                 goto do_steal;
2739         }
2740
2741         return false;
2742
2743 find_smallest:
2744         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2745                                                         current_order++) {
2746                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2747                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2748                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2749                 if (fallback_mt != -1)
2750                         break;
2751         }
2752
2753         /*
2754          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2755          * when looking for the largest page.
2756          */
2757         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2758
2759 do_steal:
2760         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2761
2762         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2763                                                                 can_steal);
2764
2765         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2766                 start_migratetype, fallback_mt);
2767
2768         return true;
2769
2770 }
2771
2772 /*
2773  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2774  * Call me with the zone->lock already held.
2775  */
2776 static __always_inline struct page *
2777 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2778                                                 unsigned int alloc_flags)
2779 {
2780         struct page *page;
2781
2782 #ifdef CONFIG_CMA
2783         /*
2784          * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2785          * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2786          * is in the CMA area.
2787          */
2788         if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2789             zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2790             zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2791                 page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2792                 if (page)
2793                         return page;
2794         }
2795 #endif
2796 retry:
2797         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2798         if (unlikely(!page)) {
2799                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2800                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2801
2802                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2803                                                                 alloc_flags))
2804                         goto retry;
2805         }
2806
2807         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2808         return page;
2809 }
2810
2811 /*
2812  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2813  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2814  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2815  */
2816 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2817                         unsigned long count, struct list_head *list,
2818                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2819 {
2820         int i, alloced = 0;
2821
2822         spin_lock(&zone->lock);
2823         for (i = 0; i < count; ++i) {
2824                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2825                                                                 alloc_flags);
2826                 if (unlikely(page == NULL))
2827                         break;
2828
2829                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2830                         continue;
2831
2832                 /*
2833                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2834                  * physical page order. The page is added to the tail of
2835                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2836                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2837                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2838                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2839                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2840                  * pages are ordered properly.
2841                  */
2842                 list_add_tail(&page->lru, list);
2843                 alloced++;
2844                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2845                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2846                                               -(1 << order));
2847         }
2848
2849         /*
2850          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2851          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2852          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2853          * pages added to the pcp list.
2854          */
2855         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2856         spin_unlock(&zone->lock);
2857         return alloced;
2858 }
2859
2860 #ifdef CONFIG_NUMA
2861 /*
2862  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2863  * currently executing processor on remote nodes after they have
2864  * expired.
2865  *
2866  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2867  * a single processor.
2868  */
2869 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2870 {
2871         unsigned long flags;
2872         int to_drain, batch;
2873
2874         local_irq_save(flags);
2875         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2876         to_drain = min(pcp->count, batch);
2877         if (to_drain > 0)
2878                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2879         local_irq_restore(flags);
2880 }
2881 #endif
2882
2883 /*
2884  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2885  *
2886  * The processor must either be the current processor and the
2887  * thread pinned to the current processor or a processor that
2888  * is not online.
2889  */
2890 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2891 {
2892         unsigned long flags;
2893         struct per_cpu_pageset *pset;
2894         struct per_cpu_pages *pcp;
2895
2896         local_irq_save(flags);
2897         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2898
2899         pcp = &pset->pcp;
2900         if (pcp->count)
2901                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2902         local_irq_restore(flags);
2903 }
2904
2905 /*
2906  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2907  *
2908  * The processor must either be the current processor and the
2909  * thread pinned to the current processor or a processor that
2910  * is not online.
2911  */
2912 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2913 {
2914         struct zone *zone;
2915
2916         for_each_populated_zone(zone) {
2917                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2918         }
2919 }
2920
2921 /*
2922  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2923  *
2924  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2925  * the single zone's pages.
2926  */
2927 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2928 {
2929         int cpu = smp_processor_id();
2930
2931         if (zone)
2932                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2933         else
2934                 drain_pages(cpu);
2935 }
2936
2937 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2938 {
2939         struct pcpu_drain *drain;
2940
2941         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2942
2943         /*
2944          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2945          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2946          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2947          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2948          * a different one.
2949          */
2950         preempt_disable();
2951         drain_local_pages(drain->zone);
2952         preempt_enable();
2953 }
2954
2955 /*
2956  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2957  *
2958  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2959  *
2960  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2961  */
2962 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2963 {
2964         int cpu;
2965
2966         /*
2967          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2968          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2969          */
2970         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2971
2972         /*
2973          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2974          * initialized.
2975          */
2976         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2977                 return;
2978
2979         /*
2980          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2981          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2982          * the drain to be complete when the call returns.
2983          */
2984         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2985                 if (!zone)
2986                         return;
2987                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2988         }
2989
2990         /*
2991          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2992          * as offline notification will cause the notified
2993          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2994          * disables preemption as part of its processing
2995          */
2996         for_each_online_cpu(cpu) {
2997                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2998                 struct zone *z;
2999                 bool has_pcps = false;
3000
3001                 if (zone) {
3002                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3003                         if (pcp->pcp.count)
3004                                 has_pcps = true;
3005                 } else {
3006                         for_each_populated_zone(z) {
3007                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
3008                                 if (pcp->pcp.count) {
3009                                         has_pcps = true;
3010                                         break;
3011                                 }
3012                         }
3013                 }
3014
3015                 if (has_pcps)
3016                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3017                 else
3018                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3019         }
3020
3021         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3022                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3023
3024                 drain->zone = zone;
3025                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3026                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3027         }
3028         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3029                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3030
3031         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3032 }
3033
3034 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3035
3036 /*
3037  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3038  */
3039 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3040
3041 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3042 {
3043         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3044         unsigned long flags;
3045         unsigned int order, t;
3046         struct page *page;
3047
3048         if (zone_is_empty(zone))
3049                 return;
3050
3051         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3052
3053         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3054         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3055                 if (pfn_valid(pfn)) {
3056                         page = pfn_to_page(pfn);
3057
3058                         if (!--page_count) {
3059                                 touch_nmi_watchdog();
3060                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3061                         }
3062
3063                         if (page_zone(page) != zone)
3064                                 continue;
3065
3066                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3067                                 swsusp_unset_page_free(page);
3068                 }
3069
3070         for_each_migratetype_order(order, t) {
3071                 list_for_each_entry(page,
3072                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3073                         unsigned long i;
3074
3075                         pfn = page_to_pfn(page);
3076                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3077                                 if (!--page_count) {
3078                                         touch_nmi_watchdog();
3079                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3080                                 }
3081                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3082                         }
3083                 }
3084         }
3085         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3086 }
3087 #endif /* CONFIG_PM */
3088
3089 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3090 {
3091         int migratetype;
3092
3093         if (!free_pcp_prepare(page))
3094                 return false;
3095
3096         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3097         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3098         return true;
3099 }
3100
3101 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3102 {
3103         struct zone *zone = page_zone(page);
3104         struct per_cpu_pages *pcp;
3105         int migratetype;
3106
3107         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3108         __count_vm_event(PGFREE);
3109
3110         /*
3111          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3112          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3113          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3114          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3115          * excessively into the page allocator
3116          */
3117         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3118                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3119                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
3120                         return;
3121                 }
3122                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3123         }
3124
3125         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3126         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3127         pcp->count++;
3128         if (pcp->count >= pcp->high) {
3129                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3130                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3131         }
3132 }
3133
3134 /*
3135  * Free a 0-order page
3136  */
3137 void free_unref_page(struct page *page)
3138 {
3139         unsigned long flags;
3140         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3141
3142         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3143                 return;
3144
3145         local_irq_save(flags);
3146         free_unref_page_commit(page, pfn);
3147         local_irq_restore(flags);
3148 }
3149
3150 /*
3151  * Free a list of 0-order pages
3152  */
3153 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3154 {
3155         struct page *page, *next;
3156         unsigned long flags, pfn;
3157         int batch_count = 0;
3158
3159         /* Prepare pages for freeing */
3160         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3161                 pfn = page_to_pfn(page);
3162                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3163                         list_del(&page->lru);
3164                 set_page_private(page, pfn);
3165         }
3166
3167         local_irq_save(flags);
3168         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3169                 unsigned long pfn = page_private(page);
3170
3171                 set_page_private(page, 0);
3172                 trace_mm_page_free_batched(page);
3173                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3174
3175                 /*
3176                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3177                  * a large list of pages to free.
3178                  */
3179                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3180                         local_irq_restore(flags);
3181                         batch_count = 0;
3182                         local_irq_save(flags);
3183                 }
3184         }
3185         local_irq_restore(flags);
3186 }
3187
3188 /*
3189  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3190  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3191  * Each sub-page must be freed individually.
3192  *
3193  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3194  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3195  */
3196 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3197 {
3198         int i;
3199
3200         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3201         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3202
3203         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3204                 set_page_refcounted(page + i);
3205         split_page_owner(page, order);
3206 }
3207 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3208
3209 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3210 {
3211         unsigned long watermark;
3212         struct zone *zone;
3213         int mt;
3214
3215         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3216
3217         zone = page_zone(page);
3218         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3219
3220         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3221                 /*
3222                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3223                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3224                  * watermark, because we already know our high-order page
3225                  * exists.
3226                  */
3227                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3228                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3229                         return 0;
3230
3231                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3232         }
3233
3234         /* Remove page from free list */
3235
3236         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3237
3238         /*
3239          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3240          * pageblock
3241          */
3242         if (order >= pageblock_order - 1) {
3243                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3244                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3245                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3246                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3247                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3248                                 set_pageblock_migratetype(page,
3249                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3250                 }
3251         }
3252
3253
3254         return 1UL << order;
3255 }
3256
3257 /**
3258  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3259  * @page: Page that was isolated
3260  * @order: Order of the isolated page
3261  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3262  *
3263  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3264  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3265  */
3266 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3267 {
3268         struct zone *zone = page_zone(page);
3269
3270         /* zone lock should be held when this function is called */
3271         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3272
3273         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3274         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, false);
3275 }
3276
3277 /*
3278  * Update NUMA hit/miss statistics
3279  *
3280  * Must be called with interrupts disabled.
3281  */
3282 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3283 {
3284 #ifdef CONFIG_NUMA
3285         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3286
3287         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3288         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3289                 return;
3290
3291         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3292                 local_stat = NUMA_OTHER;
3293
3294         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3295                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3296         else {
3297                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3298                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3299         }
3300         __inc_numa_state(z, local_stat);
3301 #endif
3302 }
3303
3304 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3305 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3306                         unsigned int alloc_flags,
3307                         struct per_cpu_pages *pcp,
3308                         struct list_head *list)
3309 {
3310         struct page *page;
3311
3312         do {
3313                 if (list_empty(list)) {
3314                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3315                                         pcp->batch, list,
3316                                         migratetype, alloc_flags);
3317                         if (unlikely(list_empty(list)))
3318                                 return NULL;
3319                 }
3320
3321                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3322                 list_del(&page->lru);
3323                 pcp->count--;
3324         } while (check_new_pcp(page));
3325
3326         return page;
3327 }
3328
3329 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3330 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3331                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3332                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3333 {
3334         struct per_cpu_pages *pcp;
3335         struct list_head *list;
3336         struct page *page;
3337         unsigned long flags;
3338
3339         local_irq_save(flags);
3340         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3341         list = &pcp->lists[migratetype];
3342         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3343         if (page) {
3344                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3345                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3346         }
3347         local_irq_restore(flags);
3348         return page;
3349 }
3350
3351 /*
3352  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3353  */
3354 static inline
3355 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3356                         struct zone *zone, unsigned int order,
3357                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3358                         int migratetype)
3359 {
3360         unsigned long flags;
3361         struct page *page;
3362
3363         if (likely(order == 0)) {
3364                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3365                                         migratetype, alloc_flags);
3366                 goto out;
3367         }
3368
3369         /*
3370          * We most definitely don't want callers attempting to
3371          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3372          */
3373         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3374         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3375
3376         do {
3377                 page = NULL;
3378                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3379                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3380                         if (page)
3381                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3382                 }
3383                 if (!page)
3384                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3385         } while (page && check_new_pages(page, order));
3386         spin_unlock(&zone->lock);
3387         if (!page)
3388                 goto failed;
3389         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3390                                   get_pcppage_migratetype(page));
3391
3392         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3393         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3394         local_irq_restore(flags);
3395
3396 out:
3397         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3398         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3399                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3400                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3401         }
3402
3403         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3404         return page;
3405
3406 failed:
3407         local_irq_restore(flags);
3408         return NULL;
3409 }
3410
3411 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3412
3413 static struct {
3414         struct fault_attr attr;
3415
3416         bool ignore_gfp_highmem;
3417         bool ignore_gfp_reclaim;
3418         u32 min_order;
3419 } fail_page_alloc = {
3420         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3421         .ignore_gfp_reclaim = true,
3422         .ignore_gfp_highmem = true,
3423         .min_order = 1,
3424 };
3425
3426 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3427 {
3428         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3429 }
3430 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3431
3432 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3433 {
3434         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3435                 return false;
3436         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3437                 return false;
3438         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3439                 return false;
3440         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3441                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3442                 return false;
3443
3444         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3445 }
3446
3447 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3448
3449 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3450 {
3451         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3452         struct dentry *dir;
3453
3454         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3455                                         &fail_page_alloc.attr);
3456
3457         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3458                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3459         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3460                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3461         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3462
3463         return 0;
3464 }
3465
3466 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3467
3468 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3469
3470 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3471
3472 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3473 {
3474         return false;
3475 }
3476
3477 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3478
3479 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3480 {
3481         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3482 }
3483 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3484
3485 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3486                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3487 {
3488         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3489         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3490
3491         /*
3492          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3493          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3494          * atomic reserve but it avoids a search.
3495          */
3496         if (likely(!alloc_harder))
3497                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3498
3499 #ifdef CONFIG_CMA
3500         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3501         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3502                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3503 #endif
3504
3505         return unusable_free;
3506 }
3507
3508 /*
3509  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3510  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3511  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3512  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3513  */
3514 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3515                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3516                          long free_pages)
3517 {
3518         long min = mark;
3519         int o;
3520         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3521
3522         /* free_pages may go negative - that's OK */
3523         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3524
3525         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3526                 min -= min / 2;
3527
3528         if (unlikely(alloc_harder)) {
3529                 /*
3530                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3531                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3532                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3533                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3534                  */
3535                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3536                         min -= min / 2;
3537                 else
3538                         min -= min / 4;
3539         }
3540
3541         /*
3542          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3543          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3544          * even if a suitable page happened to be free.
3545          */
3546         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3547                 return false;
3548
3549         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3550         if (!order)
3551                 return true;
3552
3553         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3554         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3555                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3556                 int mt;
3557
3558                 if (!area->nr_free)
3559                         continue;
3560
3561                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3562                         if (!free_area_empty(area, mt))
3563                                 return true;
3564                 }
3565
3566 #ifdef CONFIG_CMA
3567                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3568                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3569                         return true;
3570                 }
3571 #endif
3572                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3573                         return true;
3574         }
3575         return false;
3576 }
3577
3578 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3579                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3580 {
3581         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3582                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3583 }
3584
3585 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3586                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3587                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3588 {
3589         long free_pages;
3590
3591         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3592
3593         /*
3594          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3595          * need to be calculated.
3596          */
3597         if (!order) {
3598                 long fast_free;
3599
3600                 fast_free = free_pages;
3601                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3602                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3603                         return true;
3604         }
3605
3606         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3607                                         free_pages))
3608                 return true;
3609         /*
3610          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3611          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3612          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3613          * when below the low watermark.
3614          */
3615         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3616                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3617                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3618                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3619                                         alloc_flags, free_pages);
3620         }
3621
3622         return false;
3623 }
3624
3625 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3626                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3627 {
3628         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3629
3630         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3631                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3632
3633         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3634                                                                 free_pages);
3635 }
3636
3637 #ifdef CONFIG_NUMA
3638 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3639 {
3640         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3641                                 node_reclaim_distance;
3642 }
3643 #else   /* CONFIG_NUMA */
3644 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3645 {
3646         return true;
3647 }
3648 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3649
3650 /*
3651  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3652  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3653  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3654  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3655  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3656  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3657  */
3658 static inline unsigned int
3659 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3660 {
3661         unsigned int alloc_flags;
3662
3663         /*
3664          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3665          * to save a branch.
3666          */
3667         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3668
3669 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3670         if (!zone)
3671                 return alloc_flags;
3672
3673         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3674                 return alloc_flags;
3675
3676         /*
3677          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3678          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3679          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3680          */
3681         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3682         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3683                 return alloc_flags;
3684
3685         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3686 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3687         return alloc_flags;
3688 }
3689
3690 static inline unsigned int current_alloc_flags(gfp_t gfp_mask,
3691                                         unsigned int alloc_flags)
3692 {
3693 #ifdef CONFIG_CMA
3694         unsigned int pflags = current->flags;
3695
3696         if (!(pflags & PF_MEMALLOC_NOCMA) &&
3697                         gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3698                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3699
3700 #endif
3701         return alloc_flags;
3702 }
3703
3704 /*
3705  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3706  * a page.
3707  */
3708 static struct page *
3709 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3710                                                 const struct alloc_context *ac)
3711 {
3712         struct zoneref *z;
3713         struct zone *zone;
3714         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3715         bool no_fallback;
3716
3717 retry:
3718         /*
3719          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3720          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3721          */
3722         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3723         z = ac->preferred_zoneref;
3724         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3725                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3726                 struct page *page;
3727                 unsigned long mark;
3728
3729                 if (cpusets_enabled() &&
3730                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3731                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3732                                 continue;
3733                 /*
3734                  * When allocating a page cache page for writing, we
3735                  * want to get it from a node that is within its dirty
3736                  * limit, such that no single node holds more than its
3737                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3738                  * The dirty limits take into account the node's
3739                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3740                  * should be able to balance it without having to
3741                  * write pages from its LRU list.
3742                  *
3743                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3744                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3745                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3746                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3747                  * nodes are together not big enough to reach the
3748                  * global limit.  The proper fix for these situations
3749                  * will require awareness of nodes in the
3750                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3751                  */
3752                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3753                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3754                                 continue;
3755
3756                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3757                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3758                                 continue;
3759                         }
3760                 }
3761
3762                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3763                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3764                         int local_nid;
3765
3766                         /*
3767                          * If moving to a remote node, retry but allow
3768                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3769                          * than fragmentation avoidance.
3770                          */
3771                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3772                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3773                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3774                                 goto retry;
3775                         }
3776                 }
3777
3778                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3779                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3780                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3781                                        gfp_mask)) {
3782                         int ret;
3783
3784 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3785                         /*
3786                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3787                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3788                          */
3789                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3790                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3791                                         goto try_this_zone;
3792                         }
3793 #endif
3794                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3795                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3796                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3797                                 goto try_this_zone;
3798
3799                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3800                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3801                                 continue;
3802
3803                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3804                         switch (ret) {
3805                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3806                                 /* did not scan */
3807                                 continue;
3808                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3809                                 /* scanned but unreclaimable */
3810                                 continue;
3811                         default:
3812                                 /* did we reclaim enough */
3813                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3814                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3815                                         goto try_this_zone;
3816
3817                                 continue;
3818                         }
3819                 }
3820
3821 try_this_zone:
3822                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3823                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3824                 if (page) {
3825                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3826
3827                         /*
3828                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3829                          * if the pageblock should be reserved for the future
3830                          */
3831                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3832                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3833
3834                         return page;
3835                 } else {
3836 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3837                         /* Try again if zone has deferred pages */
3838                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3839                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3840                                         goto try_this_zone;
3841                         }
3842 #endif
3843                 }
3844         }
3845
3846         /*
3847          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3848          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3849          */
3850         if (no_fallback) {
3851                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3852                 goto retry;
3853         }
3854
3855         return NULL;
3856 }
3857
3858 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3859 {
3860         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3861
3862         /*
3863          * This documents exceptions given to allocations in certain
3864          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3865          * of allowed nodes.
3866          */
3867         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3868                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3869                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3870                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3871         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3872                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3873
3874         show_mem(filter, nodemask);
3875 }
3876
3877 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3878 {
3879         struct va_format vaf;
3880         va_list args;
3881         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3882
3883         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3884                 return;
3885
3886         va_start(args, fmt);
3887         vaf.fmt = fmt;
3888         vaf.va = &args;
3889         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3890                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3891                         nodemask_pr_args(nodemask));
3892         va_end(args);
3893
3894         cpuset_print_current_mems_allowed();
3895         pr_cont("\n");
3896         dump_stack();
3897         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3898 }
3899
3900 static inline struct page *
3901 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3902                               unsigned int alloc_flags,
3903                               const struct alloc_context *ac)
3904 {
3905         struct page *page;
3906
3907         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3908                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3909         /*
3910          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3911          * are depleted
3912          */
3913         if (!page)
3914                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3915                                 alloc_flags, ac);
3916
3917         return page;
3918 }
3919
3920 static inline struct page *
3921 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3922         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3923 {
3924         struct oom_control oc = {
3925                 .zonelist = ac->zonelist,
3926                 .nodemask = ac->nodemask,
3927                 .memcg = NULL,
3928                 .gfp_mask = gfp_mask,
3929                 .order = order,
3930         };
3931         struct page *page;
3932
3933         *did_some_progress = 0;
3934
3935         /*
3936          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3937          * making progress for us.
3938          */
3939         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3940                 *did_some_progress = 1;
3941                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3942                 return NULL;
3943         }
3944
3945         /*
3946          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3947          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3948          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3949          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3950          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3951          */
3952         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3953                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3954                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3955         if (page)
3956                 goto out;
3957
3958         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3959         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3960                 goto out;
3961         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3962         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3963                 goto out;
3964         /*
3965          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3966          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3967          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3968          * fallback than shooting a random task.
3969          */
3970         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3971                 goto out;
3972         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3973         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3974                 goto out;
3975         if (pm_suspended_storage())
3976                 goto out;
3977         /*
3978          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3979          * other request to make a forward progress.
3980          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3981          * do much for this context but let's try it to at least get
3982          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3983          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3984          * failures more gracefully we should just bail out here.
3985          */
3986
3987         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3988         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3989                 goto out;
3990
3991         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3992         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3993                 *did_some_progress = 1;
3994
3995                 /*
3996                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3997                  * reserves
3998                  */
3999                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4000                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4001                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4002         }
4003 out:
4004         mutex_unlock(&oom_lock);
4005         return page;
4006 }
4007
4008 /*
4009  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
4010  * killer is consider as the only way to move forward.
4011  */
4012 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4013
4014 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4015 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4016 static struct page *
4017 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4018                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4019                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4020 {
4021         struct page *page = NULL;
4022         unsigned long pflags;
4023         unsigned int noreclaim_flag;
4024
4025         if (!order)
4026                 return NULL;
4027
4028         psi_memstall_enter(&pflags);
4029         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4030
4031         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4032                                                                 prio, &page);
4033
4034         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4035         psi_memstall_leave(&pflags);
4036
4037         /*
4038          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4039          * count a compaction stall
4040          */
4041         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4042
4043         /* Prep a captured page if available */
4044         if (page)
4045                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4046
4047         /* Try get a page from the freelist if available */
4048         if (!page)
4049                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4050
4051         if (page) {
4052                 struct zone *zone = page_zone(page);
4053
4054                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4055                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4056                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4057                 return page;
4058         }
4059
4060         /*
4061          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4062          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4063          */
4064         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4065
4066         cond_resched();
4067
4068         return NULL;
4069 }
4070
4071 static inline bool
4072 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4073                      enum compact_result compact_result,
4074                      enum compact_priority *compact_priority,
4075                      int *compaction_retries)
4076 {
4077         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4078         int min_priority;
4079         bool ret = false;
4080         int retries = *compaction_retries;
4081         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4082
4083         if (!order)
4084                 return false;
4085
4086         if (compaction_made_progress(compact_result))
4087                 (*compaction_retries)++;
4088
4089         /*
4090          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4091          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4092          * failure could be caused by insufficient priority
4093          */
4094         if (compaction_failed(compact_result))
4095                 goto check_priority;
4096
4097         /*
4098          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4099          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4100          */
4101         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4102                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4103                 goto out;
4104         }
4105
4106         /*
4107          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4108          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4109          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4110          * we don't just keep bailing out endlessly.
4111          */
4112         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4113                 goto check_priority;
4114         }
4115
4116         /*
4117          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4118          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4119          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4120          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4121          * would need much more detailed feedback from compaction to
4122          * make a better decision.
4123          */
4124         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4125                 max_retries /= 4;
4126         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4127                 ret = true;
4128                 goto out;
4129         }
4130
4131         /*
4132          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4133          * all retries or failed at the lower priorities.
4134          */
4135 check_priority:
4136         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4137                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4138
4139         if (*compact_priority > min_priority) {
4140                 (*compact_priority)--;
4141                 *compaction_retries = 0;
4142                 ret = true;
4143         }
4144 out:
4145         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4146         return ret;
4147 }
4148 #else
4149 static inline struct page *
4150 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4151                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4152                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4153 {
4154         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4155         return NULL;
4156 }
4157
4158 static inline bool
4159 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4160                      enum compact_result compact_result,
4161                      enum compact_priority *compact_priority,
4162                      int *compaction_retries)
4163 {
4164         struct zone *zone;
4165         struct zoneref *z;
4166
4167         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4168                 return false;
4169
4170         /*
4171          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4172          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4173          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4174          * watermarks are OK.
4175          */
4176         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4177                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4178                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4179                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4180                         return true;
4181         }
4182         return false;
4183 }
4184 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4185
4186 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4187 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4188         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4189
4190 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4191 {
4192         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4193
4194         /* no reclaim without waiting on it */
4195         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4196                 return false;
4197
4198         /* this guy won't enter reclaim */
4199         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4200                 return false;
4201
4202         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4203         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4204                 return false;
4205
4206         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4207                 return false;
4208
4209         return true;
4210 }
4211
4212 void __fs_reclaim_acquire(void)
4213 {
4214         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4215 }
4216
4217 void __fs_reclaim_release(void)
4218 {
4219         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4220 }
4221
4222 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4223 {
4224         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4225                 __fs_reclaim_acquire();
4226 }
4227 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4228
4229 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4230 {
4231         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4232                 __fs_reclaim_release();
4233 }
4234 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4235 #endif
4236
4237 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4238 static int
4239 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4240                                         const struct alloc_context *ac)
4241 {
4242         int progress;
4243         unsigned int noreclaim_flag;
4244         unsigned long pflags;
4245
4246         cond_resched();
4247
4248         /* We now go into synchronous reclaim */
4249         cpuset_memory_pressure_bump();
4250         psi_memstall_enter(&pflags);
4251         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4252         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4253
4254         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4255                                                                 ac->nodemask);
4256
4257         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4258         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4259         psi_memstall_leave(&pflags);
4260
4261         cond_resched();
4262
4263         return progress;
4264 }
4265
4266 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4267 static inline struct page *
4268 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4269                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4270                 unsigned long *did_some_progress)
4271 {
4272         struct page *page = NULL;
4273         bool drained = false;
4274
4275         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4276         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4277                 return NULL;
4278
4279 retry:
4280         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4281
4282         /*
4283          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4284          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4285          * Shrink them them and try again
4286          */
4287         if (!page && !drained) {
4288                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4289                 drain_all_pages(NULL);
4290                 drained = true;
4291                 goto retry;
4292         }
4293
4294         return page;
4295 }
4296
4297 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4298                              const struct alloc_context *ac)
4299 {
4300         struct zoneref *z;
4301         struct zone *zone;
4302         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4303         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4304
4305         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4306                                         ac->nodemask) {
4307                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4308                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4309                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4310         }
4311 }
4312
4313 static inline unsigned int
4314 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4315 {
4316         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4317
4318         /*
4319          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4320          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4321          * to save two branches.
4322          */
4323         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4324         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4325
4326         /*
4327          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4328          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4329          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4330          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4331          */
4332         alloc_flags |= (__force int)
4333                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4334
4335         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4336                 /*
4337                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4338                  * if it can't schedule.
4339                  */
4340                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4341                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4342                 /*
4343                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4344                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4345                  */
4346                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4347         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4348                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4349
4350         alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, alloc_flags);
4351
4352         return alloc_flags;
4353 }
4354
4355 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4356 {
4357         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4358                 return false;
4359
4360         /*
4361          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4362          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4363          */
4364         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4365                 return false;
4366
4367         return true;
4368 }
4369
4370 /*
4371  * Distinguish requests which really need access to full memory
4372  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4373  */
4374 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4375 {
4376         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4377                 return 0;
4378         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4379                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4380         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4381                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4382         if (!in_interrupt()) {
4383                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4384                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4385                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4386                         return ALLOC_OOM;
4387         }
4388
4389         return 0;
4390 }
4391
4392 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4393 {
4394         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4395 }
4396
4397 /*
4398  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4399  * for the given allocation request.
4400  *
4401  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4402  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4403  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4404  *
4405  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4406  */
4407 static inline bool
4408 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4409                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4410                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4411 {
4412         struct zone *zone;
4413         struct zoneref *z;
4414         bool ret = false;
4415
4416         /*
4417          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4418          * their order will become available due to high fragmentation so
4419          * always increment the no progress counter for them
4420          */
4421         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4422                 *no_progress_loops = 0;
4423         else
4424                 (*no_progress_loops)++;
4425
4426         /*
4427          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4428          * several times in the row.
4429          */
4430         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4431                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4432                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4433         }
4434
4435         /*
4436          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4437          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4438          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4439          * screwed and have to go OOM.
4440          */
4441         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4442                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4443                 unsigned long available;
4444                 unsigned long reclaimable;
4445                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4446                 bool wmark;
4447
4448                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4449                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4450
4451                 /*
4452                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4453                  * reclaimable pages?
4454                  */
4455                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4456                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4457                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4458                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4459                 if (wmark) {
4460                         /*
4461                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4462                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4463                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4464                          * prevent from pre mature OOM
4465                          */
4466                         if (!did_some_progress) {
4467                                 unsigned long write_pending;
4468
4469                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4470                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4471
4472                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4473                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4474                                         return true;
4475                                 }
4476                         }
4477
4478                         ret = true;
4479                         goto out;
4480                 }
4481         }
4482
4483 out:
4484         /*
4485          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4486          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4487          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4488          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4489          * here rather than calling cond_resched().
4490          */
4491         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4492                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4493         else
4494                 cond_resched();
4495         return ret;
4496 }
4497
4498 static inline bool
4499 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4500 {
4501         /*
4502          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4503          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4504          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4505          * such a way the check therein was true, and then it became false
4506          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4507          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4508          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4509          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4510          * caller can deal with a violated nodemask.
4511          */
4512         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4513                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4514                 ac->nodemask = NULL;
4515                 return true;
4516         }
4517
4518         /*
4519          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4520          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4521          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4522          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4523          * retry.
4524          */
4525         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4526                 return true;
4527
4528         return false;
4529 }
4530
4531 static inline struct page *
4532 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4533                                                 struct alloc_context *ac)
4534 {
4535         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4536         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4537         struct page *page = NULL;
4538         unsigned int alloc_flags;
4539         unsigned long did_some_progress;
4540         enum compact_priority compact_priority;
4541         enum compact_result compact_result;
4542         int compaction_retries;
4543         int no_progress_loops;
4544         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4545         int reserve_flags;
4546
4547         /*
4548          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4549          * callers that are not in atomic context.
4550          */
4551         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4552                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4553                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4554
4555 retry_cpuset:
4556         compaction_retries = 0;
4557         no_progress_loops = 0;
4558         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4559         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4560
4561         /*
4562          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4563          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4564          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4565          */
4566         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4567
4568         /*
4569          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4570          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4571          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4572          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4573          */
4574         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4575                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4576         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4577                 goto nopage;
4578
4579         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4580                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4581
4582         /*
4583          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4584          * that first
4585          */
4586         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4587         if (page)
4588                 goto got_pg;
4589
4590         /*
4591          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4592          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4593          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4594          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4595          * same migratetype.
4596          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4597          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4598          */
4599         if (can_direct_reclaim &&
4600                         (costly_order ||
4601                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4602                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4603                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4604                                                 alloc_flags, ac,
4605                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4606                                                 &compact_result);
4607                 if (page)
4608                         goto got_pg;
4609
4610                 /*
4611                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4612                  * includes some THP page fault allocations
4613                  */
4614                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4615                         /*
4616                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4617                          * failed because all zones are below low watermarks
4618                          * or is prohibited because it recently failed at this
4619                          * order, fail immediately unless the allocator has
4620                          * requested compaction and reclaim retry.
4621                          *
4622                          * Reclaim is
4623                          *  - potentially very expensive because zones are far
4624                          *    below their low watermarks or this is part of very
4625                          *    bursty high order allocations,
4626                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4627                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4628                          *    linear scan, and
4629                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4630                          *    own.
4631                          */
4632                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4633                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4634                                 goto nopage;
4635
4636                         /*
4637                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4638                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4639                          * using async compaction.
4640                          */
4641                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4642                 }
4643         }
4644
4645 retry:
4646         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4647         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4648                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4649
4650         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4651         if (reserve_flags)
4652                 alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, reserve_flags);
4653
4654         /*
4655          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4656          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4657          * user oriented.
4658          */
4659         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4660                 ac->nodemask = NULL;
4661                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4662                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4663         }
4664
4665         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4666         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4667         if (page)
4668                 goto got_pg;
4669
4670         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4671         if (!can_direct_reclaim)
4672                 goto nopage;
4673
4674         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4675         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4676                 goto nopage;
4677
4678         /* Try direct reclaim and then allocating */
4679         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4680                                                         &did_some_progress);
4681         if (page)
4682                 goto got_pg;
4683
4684         /* Try direct compaction and then allocating */
4685         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4686                                         compact_priority, &compact_result);
4687         if (page)
4688                 goto got_pg;
4689
4690         /* Do not loop if specifically requested */
4691         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4692                 goto nopage;
4693
4694         /*
4695          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4696          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4697          */
4698         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4699                 goto nopage;
4700
4701         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4702                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4703                 goto retry;
4704
4705         /*
4706          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4707          * reclaim is not able to make any progress because the current
4708          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4709          * of free memory (see __compaction_suitable)
4710          */
4711         if (did_some_progress > 0 &&
4712                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4713                                 compact_result, &compact_priority,
4714                                 &compaction_retries))
4715                 goto retry;
4716
4717
4718         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4719         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4720                 goto retry_cpuset;
4721
4722         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4723         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4724         if (page)
4725                 goto got_pg;
4726
4727         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4728         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4729             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4730              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4731                 goto nopage;
4732
4733         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4734         if (did_some_progress) {
4735                 no_progress_loops = 0;
4736                 goto retry;
4737         }
4738
4739 nopage:
4740         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4741         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4742                 goto retry_cpuset;
4743
4744         /*
4745          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4746          * we always retry
4747          */
4748         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4749                 /*
4750                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4751                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4752                  */
4753                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4754                         goto fail;
4755
4756                 /*
4757                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4758                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4759                  * for somebody to do a work for us
4760                  */
4761                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4762
4763                 /*
4764                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4765                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4766                  * so that we can identify them and convert them to something
4767                  * else.
4768                  */
4769                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4770
4771                 /*
4772                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4773                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4774                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4775                  * the situation worse
4776                  */
4777                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4778                 if (page)
4779                         goto got_pg;
4780
4781                 cond_resched();
4782                 goto retry;
4783         }
4784 fail:
4785         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4786                         "page allocation failure: order:%u", order);
4787 got_pg:
4788         return page;
4789 }
4790
4791 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4792                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4793                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4794                 unsigned int *alloc_flags)
4795 {
4796         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4797         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4798         ac->nodemask = nodemask;
4799         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4800
4801         if (cpusets_enabled()) {
4802                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4803                 /*
4804                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4805                  * to the current task context. It means that any node ok.
4806                  */
4807                 if (!in_interrupt() && !ac->nodemask)
4808                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4809                 else
4810                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4811         }
4812
4813         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4814         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4815
4816         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4817
4818         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4819                 return false;
4820
4821         *alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, *alloc_flags);
4822
4823         return true;
4824 }
4825
4826 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4827 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4828 {
4829         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4830         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4831
4832         /*
4833          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4834          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4835          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4836          */
4837         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4838                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4839 }
4840
4841 /*
4842  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4843  */
4844 struct page *
4845 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4846                                                         nodemask_t *nodemask)
4847 {
4848         struct page *page;
4849         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4850         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4851         struct alloc_context ac = { };
4852
4853         /*
4854          * There are several places where we assume that the order value is sane
4855          * so bail out early if the request is out of bound.
4856          */
4857         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4858                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4859                 return NULL;
4860         }
4861
4862         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4863         alloc_mask = gfp_mask;
4864         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4865                 return NULL;
4866
4867         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4868
4869         /*
4870          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4871          * memory until all local zones are considered.
4872          */
4873         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4874
4875         /* First allocation attempt */
4876         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4877         if (likely(page))
4878                 goto out;
4879
4880         /*
4881          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4882          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4883          * from a particular context which has been marked by
4884          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4885          */
4886         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4887         ac.spread_dirty_pages = false;
4888
4889         /*
4890          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4891          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4892          */
4893         ac.nodemask = nodemask;
4894
4895         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4896
4897 out:
4898         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4899             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4900                 __free_pages(page, order);
4901                 page = NULL;
4902         }
4903
4904         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4905
4906         return page;
4907 }
4908 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4909
4910 /*
4911  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4912  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4913  * you need to access high mem.
4914  */
4915 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4916 {
4917         struct page *page;
4918
4919         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4920         if (!page)
4921                 return 0;
4922         return (unsigned long) page_address(page);
4923 }
4924 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4925
4926 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4927 {
4928         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4929 }
4930 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4931
4932 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4933 {
4934         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4935                 free_unref_page(page);
4936         else
4937                 __free_pages_ok(page, order);
4938 }
4939
4940 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4941 {
4942         if (put_page_testzero(page))
4943                 free_the_page(page, order);
4944 }
4945 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4946
4947 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4948 {
4949         if (addr != 0) {
4950                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4951                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4952         }
4953 }
4954
4955 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4956
4957 /*
4958  * Page Fragment:
4959  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4960  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4961  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4962  *
4963  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4964  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4965  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4966  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4967  */
4968 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4969                                              gfp_t gfp_mask)
4970 {
4971         struct page *page = NULL;
4972         gfp_t gfp = gfp_mask;
4973
4974 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4975         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4976                     __GFP_NOMEMALLOC;
4977         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4978                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4979         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4980 #endif
4981         if (unlikely(!page))
4982                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4983
4984         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4985
4986         return page;
4987 }
4988
4989 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4990 {
4991         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4992
4993         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4994                 free_the_page(page, compound_order(page));
4995 }
4996 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4997
4998 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4999                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
5000 {
5001         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5002         struct page *page;
5003         int offset;
5004
5005         if (unlikely(!nc->va)) {
5006 refill:
5007                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5008                 if (!page)
5009                         return NULL;
5010
5011 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5012                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5013                 size = nc->size;
5014 #endif
5015                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5016                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5017                  */
5018                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5019
5020                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5021                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5022                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5023                 nc->offset = size;
5024         }
5025
5026         offset = nc->offset - fragsz;
5027         if (unlikely(offset < 0)) {
5028                 page = virt_to_page(nc->va);
5029
5030                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5031                         goto refill;
5032
5033 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5034                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5035                 size = nc->size;
5036 #endif
5037                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5038                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5039
5040                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5041                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5042                 offset = size - fragsz;
5043         }
5044
5045         nc->pagecnt_bias--;
5046         nc->offset = offset;
5047
5048         return nc->va + offset;
5049 }
5050 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
5051
5052 /*
5053  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5054  */
5055 void page_frag_free(void *addr)
5056 {
5057         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5058
5059         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5060                 free_the_page(page, compound_order(page));
5061 }
5062 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5063
5064 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5065                 size_t size)
5066 {
5067         if (addr) {
5068                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5069                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5070
5071                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5072                 while (used < alloc_end) {
5073                         free_page(used);
5074                         used += PAGE_SIZE;
5075                 }
5076         }
5077         return (void *)addr;
5078 }
5079
5080 /**
5081  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5082  * @size: the number of bytes to allocate
5083  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5084  *
5085  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5086  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5087  * allocate memory in power-of-two pages.
5088  *
5089  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5090  *
5091  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5092  *
5093  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5094  */
5095 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5096 {
5097         unsigned int order = get_order(size);
5098         unsigned long addr;
5099
5100         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5101                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5102
5103         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5104         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5105 }
5106 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5107
5108 /**
5109  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5110  *                         pages on a node.
5111  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5112  * @size: the number of bytes to allocate
5113  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5114  *
5115  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5116  * back.
5117  *
5118  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5119  */
5120 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5121 {
5122         unsigned int order = get_order(size);
5123         struct page *p;
5124
5125         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5126                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5127
5128         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5129         if (!p)
5130                 return NULL;
5131         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5132 }
5133
5134 /**
5135  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5136  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5137  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5138  *
5139  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5140  */
5141 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5142 {
5143         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5144         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5145
5146         while (addr < end) {
5147                 free_page(addr);
5148                 addr += PAGE_SIZE;
5149         }
5150 }
5151 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5152
5153 /**
5154  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5155  * @offset: The zone index of the highest zone
5156  *
5157  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5158  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5159  * zone, the number of pages is calculated as:
5160  *
5161  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5162  *
5163  * Return: number of pages beyond high watermark.
5164  */
5165 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5166 {
5167         struct zoneref *z;
5168         struct zone *zone;
5169
5170         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5171         unsigned long sum = 0;
5172
5173         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5174
5175         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5176                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5177                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5178                 if (size > high)
5179                         sum += size - high;
5180         }
5181
5182         return sum;
5183 }
5184
5185 /**
5186  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5187  *
5188  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5189  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5190  *
5191  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5192  * ZONE_NORMAL.
5193  */
5194 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5195 {
5196         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5197 }
5198 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5199
5200 static inline void show_node(struct zone *zone)
5201 {
5202         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5203                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5204 }
5205
5206 long si_mem_available(void)
5207 {
5208         long available;
5209         unsigned long pagecache;
5210         unsigned long wmark_low = 0;
5211         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5212         unsigned long reclaimable;
5213         struct zone *zone;
5214         int lru;
5215
5216         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5217                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5218
5219         for_each_zone(zone)
5220                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5221
5222         /*
5223          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5224          * without causing swapping.
5225          */
5226         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5227
5228         /*
5229          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5230          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5231          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5232          */
5233         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5234         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5235         available += pagecache;
5236
5237         /*
5238          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5239          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5240          * low watermark.
5241          */
5242         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5243                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5244         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5245
5246         if (available < 0)
5247                 available = 0;
5248         return available;
5249 }
5250 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5251
5252 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5253 {
5254         val->totalram = totalram_pages();
5255         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5256         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5257         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5258         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5259         val->freehigh = nr_free_highpages();
5260         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5261 }
5262
5263 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5264
5265 #ifdef CONFIG_NUMA
5266 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5267 {
5268         int zone_type;          /* needs to be signed */
5269         unsigned long managed_pages = 0;
5270         unsigned long managed_highpages = 0;
5271         unsigned long free_highpages = 0;
5272         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5273
5274         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5275                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5276         val->totalram = managed_pages;
5277         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5278         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5279 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5280         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5281                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5282
5283                 if (is_highmem(zone)) {
5284                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5285                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5286                 }
5287         }
5288         val->totalhigh = managed_highpages;
5289         val->freehigh = free_highpages;
5290 #else
5291         val->totalhigh = managed_highpages;
5292         val->freehigh = free_highpages;
5293 #endif
5294         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5295 }
5296 #endif
5297
5298 /*
5299  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5300  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5301  */
5302 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5303 {
5304         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5305                 return false;
5306
5307         /*
5308          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5309          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5310          * have to be precise here.
5311          */
5312         if (!nodemask)
5313                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5314
5315         return !node_isset(nid, *nodemask);
5316 }
5317
5318 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5319
5320 static void show_migration_types(unsigned char type)
5321 {
5322         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5323                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5324                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5325                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5326                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5327 #ifdef CONFIG_CMA
5328                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5329 #endif
5330 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5331                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5332 #endif
5333         };
5334         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5335         char *p = tmp;
5336         int i;
5337
5338         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5339                 if (type & (1 << i))
5340                         *p++ = types[i];
5341         }
5342
5343         *p = '\0';
5344         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5345 }
5346
5347 /*
5348  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5349  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5350  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5351  *
5352  * Bits in @filter:
5353  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5354  *   cpuset.
5355  */
5356 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5357 {
5358         unsigned long free_pcp = 0;
5359         int cpu;
5360         struct zone *zone;
5361         pg_data_t *pgdat;
5362
5363         for_each_populated_zone(zone) {
5364                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5365                         continue;
5366
5367                 for_each_online_cpu(cpu)
5368                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5369         }
5370
5371         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5372                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5373                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5374                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5375                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5376                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5377                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5378                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5379                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5380                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5381                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5382                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5383                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5384                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5385                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5386                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5387                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5388                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5389                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5390                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5391                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5392                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5393                 free_pcp,
5394                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5395
5396         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5397                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5398                         continue;
5399
5400                 printk("Node %d"
5401                         " active_anon:%lukB"
5402                         " inactive_anon:%lukB"
5403                         " active_file:%lukB"
5404                         " inactive_file:%lukB"
5405                         " unevictable:%lukB"
5406                         " isolated(anon):%lukB"
5407                         " isolated(file):%lukB"
5408                         " mapped:%lukB"
5409                         " dirty:%lukB"
5410                         " writeback:%lukB"
5411                         " shmem:%lukB"
5412 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5413                         " shmem_thp: %lukB"
5414                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5415                         " anon_thp: %lukB"
5416 #endif
5417                         " writeback_tmp:%lukB"
5418                         " kernel_stack:%lukB"
5419 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5420                         " shadow_call_stack:%lukB"
5421 #endif
5422                         " all_unreclaimable? %s"
5423                         "\n",
5424                         pgdat->node_id,
5425                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5426                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5427                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5428                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5429                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5430                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5431                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5432                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5433                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5434                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5435                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5436 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5437                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5438                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5439                                         * HPAGE_PMD_NR),
5440                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5441 #endif
5442                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5443                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5444 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5445                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5446 #endif
5447                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5448                                 "yes" : "no");
5449         }
5450
5451         for_each_populated_zone(zone) {
5452                 int i;
5453
5454                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5455                         continue;
5456
5457                 free_pcp = 0;
5458                 for_each_online_cpu(cpu)
5459                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5460
5461                 show_node(zone);
5462                 printk(KERN_CONT
5463                         "%s"
5464                         " free:%lukB"
5465                         " min:%lukB"
5466                         " low:%lukB"
5467                         " high:%lukB"
5468                         " reserved_highatomic:%luKB"
5469                         " active_anon:%lukB"
5470                         " inactive_anon:%lukB"
5471                         " active_file:%lukB"
5472                         " inactive_file:%lukB"
5473                         " unevictable:%lukB"
5474                         " writepending:%lukB"
5475                         " present:%lukB"
5476                         " managed:%lukB"
5477                         " mlocked:%lukB"
5478                         " pagetables:%lukB"
5479                         " bounce:%lukB"
5480                         " free_pcp:%lukB"
5481                         " local_pcp:%ukB"
5482                         " free_cma:%lukB"
5483                         "\n",
5484                         zone->name,
5485                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5486                         K(min_wmark_pages(zone)),
5487                         K(low_wmark_pages(zone)),
5488                         K(high_wmark_pages(zone)),
5489                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5490                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5491                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5492                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5493                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5494                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5495                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5496                         K(zone->present_pages),
5497                         K(zone_managed_pages(zone)),
5498                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5499                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5500                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5501                         K(free_pcp),
5502                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5503                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5504                 printk("lowmem_reserve[]:");
5505                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5506                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5507                 printk(KERN_CONT "\n");
5508         }
5509
5510         for_each_populated_zone(zone) {
5511                 unsigned int order;
5512                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5513                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5514
5515                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5516                         continue;
5517                 show_node(zone);
5518                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5519
5520                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5521                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5522                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5523                         int type;
5524
5525                         nr[order] = area->nr_free;
5526                         total += nr[order] << order;
5527
5528                         types[order] = 0;
5529                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5530                                 if (!free_area_empty(area, type))
5531                                         types[order] |= 1 << type;
5532                         }
5533                 }
5534                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5535                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5536                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5537                                nr[order], K(1UL) << order);
5538                         if (nr[order])
5539                                 show_migration_types(types[order]);
5540                 }
5541                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5542         }
5543
5544         hugetlb_show_meminfo();
5545
5546         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5547
5548         show_swap_cache_info();
5549 }
5550
5551 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5552 {
5553         zoneref->zone = zone;
5554         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5555 }
5556
5557 /*
5558  * Builds allocation fallback zone lists.
5559  *
5560  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5561  */
5562 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5563 {
5564         struct zone *zone;
5565         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5566         int nr_zones = 0;
5567
5568         do {
5569                 zone_type--;
5570                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5571                 if (managed_zone(zone)) {
5572                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5573                         check_highest_zone(zone_type);
5574                 }
5575         } while (zone_type);
5576
5577         return nr_zones;
5578 }
5579
5580 #ifdef CONFIG_NUMA
5581
5582 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5583 {
5584         /*
5585          * We used to support different zonlists modes but they turned
5586          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5587          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5588          * not fail it silently
5589          */
5590         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5591                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5592                 return -EINVAL;
5593         }
5594         return 0;
5595 }
5596
5597 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5598
5599 /*
5600  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5601  */
5602 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5603                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5604 {
5605         if (write)
5606                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5607         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5608 }
5609
5610
5611 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5612 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5613
5614 /**
5615  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5616  * @node: node whose fallback list we're appending
5617  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5618  *
5619  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5620  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5621  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5622  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5623  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5624  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5625  * on them otherwise.
5626  *
5627  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5628  */
5629 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5630 {
5631         int n, val;
5632         int min_val = INT_MAX;
5633         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5634         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5635
5636         /* Use the local node if we haven't already */
5637         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5638                 node_set(node, *used_node_mask);
5639                 return node;
5640         }
5641
5642         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5643
5644                 /* Don't want a node to appear more than once */
5645                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5646                         continue;
5647
5648                 /* Use the distance array to find the distance */
5649                 val = node_distance(node, n);
5650
5651                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5652                 val += (n < node);
5653
5654                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5655                 tmp = cpumask_of_node(n);
5656                 if (!cpumask_empty(tmp))
5657                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5658
5659                 /* Slight preference for less loaded node */
5660                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5661                 val += node_load[n];
5662
5663                 if (val < min_val) {
5664                         min_val = val;
5665                         best_node = n;
5666                 }
5667         }
5668
5669         if (best_node >= 0)
5670                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5671
5672         return best_node;
5673 }
5674
5675
5676 /*
5677  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5678  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5679  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5680  */
5681 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5682                 unsigned nr_nodes)
5683 {
5684         struct zoneref *zonerefs;
5685         int i;
5686
5687         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5688
5689         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5690                 int nr_zones;
5691
5692                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5693
5694                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5695                 zonerefs += nr_zones;
5696         }
5697         zonerefs->zone = NULL;
5698         zonerefs->zone_idx = 0;
5699 }
5700
5701 /*
5702  * Build gfp_thisnode zonelists
5703  */
5704 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5705 {
5706         struct zoneref *zonerefs;
5707         int nr_zones;
5708
5709         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5710         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5711         zonerefs += nr_zones;
5712         zonerefs->zone = NULL;
5713         zonerefs->zone_idx = 0;
5714 }
5715
5716 /*
5717  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5718  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5719  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5720  * may still exist in local DMA zone.
5721  */
5722
5723 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5724 {
5725         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5726         int node, load, nr_nodes = 0;
5727         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5728         int local_node, prev_node;
5729
5730         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5731         local_node = pgdat->node_id;
5732         load = nr_online_nodes;
5733         prev_node = local_node;
5734
5735         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5736         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5737                 /*
5738                  * We don't want to pressure a particular node.
5739                  * So adding penalty to the first node in same
5740                  * distance group to make it round-robin.
5741                  */
5742                 if (node_distance(local_node, node) !=
5743                     node_distance(local_node, prev_node))
5744                         node_load[node] = load;
5745
5746                 node_order[nr_nodes++] = node;
5747                 prev_node = node;
5748                 load--;
5749         }
5750
5751         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5752         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5753 }
5754
5755 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5756 /*
5757  * Return node id of node used for "local" allocations.
5758  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5759  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5760  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5761  */
5762 int local_memory_node(int node)
5763 {
5764         struct zoneref *z;
5765
5766         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5767                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5768                                    NULL);
5769         return zone_to_nid(z->zone);
5770 }
5771 #endif
5772
5773 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5774 static void setup_min_slab_ratio(void);
5775 #else   /* CONFIG_NUMA */
5776
5777 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5778 {
5779         int node, local_node;
5780         struct zoneref *zonerefs;
5781         int nr_zones;
5782
5783         local_node = pgdat->node_id;
5784
5785         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5786         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5787         zonerefs += nr_zones;
5788
5789         /*
5790          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5791          * of all the other nodes.
5792          * We don't want to pressure a particular node, so when
5793          * building the zones for node N, we make sure that the
5794          * zones coming right after the local ones are those from
5795          * node N+1 (modulo N)
5796          */
5797         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5798                 if (!node_online(node))
5799                         continue;
5800                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5801                 zonerefs += nr_zones;
5802         }
5803         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5804                 if (!node_online(node))
5805                         continue;
5806                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5807                 zonerefs += nr_zones;
5808         }
5809
5810         zonerefs->zone = NULL;
5811         zonerefs->zone_idx = 0;
5812 }
5813
5814 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5815
5816 /*
5817  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5818  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5819  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5820  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5821  * with interrupts disabled.
5822  *
5823  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5824  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5825  * hotplugged processors.
5826  *
5827  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5828  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5829  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5830  */
5831 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5832 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5833 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5834
5835 static void __build_all_zonelists(void *data)
5836 {
5837         int nid;
5838         int __maybe_unused cpu;
5839         pg_data_t *self = data;
5840         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5841
5842         spin_lock(&lock);
5843
5844 #ifdef CONFIG_NUMA
5845         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5846 #endif
5847
5848         /*
5849          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5850          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5851          */
5852         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5853                 build_zonelists(self);
5854         } else {
5855                 for_each_online_node(nid) {
5856                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5857
5858                         build_zonelists(pgdat);
5859                 }
5860
5861 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5862                 /*
5863                  * We now know the "local memory node" for each node--
5864                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5865                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5866                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5867                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5868                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5869                  */
5870                 for_each_online_cpu(cpu)
5871                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5872 #endif
5873         }
5874
5875         spin_unlock(&lock);
5876 }
5877
5878 static noinline void __init
5879 build_all_zonelists_init(void)
5880 {
5881         int cpu;
5882
5883         __build_all_zonelists(NULL);
5884
5885         /*
5886          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5887          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5888          * each zone will be allocated later when the per cpu
5889          * allocator is available.
5890          *
5891          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5892          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5893          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5894          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5895          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5896          * (a chicken-egg dilemma).
5897          */
5898         for_each_possible_cpu(cpu)
5899                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5900
5901         mminit_verify_zonelist();
5902         cpuset_init_current_mems_allowed();
5903 }
5904
5905 /*
5906  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5907  *
5908  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5909  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5910  */
5911 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5912 {
5913         unsigned long vm_total_pages;
5914
5915         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5916                 build_all_zonelists_init();
5917         } else {
5918                 __build_all_zonelists(pgdat);
5919                 /* cpuset refresh routine should be here */
5920         }
5921         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
5922         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5923         /*
5924          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5925          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5926          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5927          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5928          * disabled and enable it later
5929          */
5930         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5931                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5932         else
5933                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5934
5935         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5936                 nr_online_nodes,
5937                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5938                 vm_total_pages);
5939 #ifdef CONFIG_NUMA
5940         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5941 #endif
5942 }
5943
5944 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5945 static bool __meminit
5946 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5947 {
5948         static struct memblock_region *r;
5949
5950         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5951                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5952                         for_each_memblock(memory, r) {
5953                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5954                                         break;
5955                         }
5956                 }
5957                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5958                     memblock_is_mirror(r)) {
5959                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5960                         return true;
5961                 }
5962         }
5963         return false;
5964 }
5965
5966 /*
5967  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5968  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5969  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5970  */
5971 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5972                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5973                 struct vmem_altmap *altmap)
5974 {
5975         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5976         struct page *page;
5977
5978         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5979                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5980
5981 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5982         /*
5983          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5984          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5985          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5986          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5987          * the hotplug lock.
5988          */
5989         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5990                 if (!altmap)
5991                         return;
5992
5993                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5994                         start_pfn += altmap->reserve;
5995                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5996         }
5997 #endif
5998
5999         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6000                 /*
6001                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6002                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6003                  */
6004                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
6005                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6006                                 continue;
6007                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
6008                                 break;
6009                 }
6010
6011                 page = pfn_to_page(pfn);
6012                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6013                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
6014                         __SetPageReserved(page);
6015
6016                 /*
6017                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6018                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6019                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6020                  * the address space during boot when many long-lived
6021                  * kernel allocations are made.
6022                  *
6023                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6024                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6025                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6026                  * pfn out of zone.
6027                  */
6028                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6029                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6030                         cond_resched();
6031                 }
6032                 pfn++;
6033         }
6034 }
6035
6036 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6037 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6038                                    unsigned long start_pfn,
6039                                    unsigned long nr_pages,
6040                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6041 {
6042         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6043         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6044         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6045         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6046         unsigned long start = jiffies;
6047         int nid = pgdat->node_id;
6048
6049         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6050                 return;
6051
6052         /*
6053          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
6054          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6055          * the end of that region and start processing the device pages.
6056          */
6057         if (altmap) {
6058                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6059                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6060         }
6061
6062         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6063                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6064
6065                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6066
6067                 /*
6068                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6069                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6070                  *
6071                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6072                  * the flag as we are still initializing the pages.
6073                  */
6074                 __SetPageReserved(page);
6075
6076                 /*
6077                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6078                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6079                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6080                  */
6081                 page->pgmap = pgmap;
6082                 page->zone_device_data = NULL;
6083
6084                 /*
6085                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6086                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6087                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6088                  * the address space during boot when many long-lived
6089                  * kernel allocations are made.
6090                  *
6091                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6092                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6093                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6094                  * pfn out of zone.
6095                  *
6096                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6097                  * because this is done early in section_activate()
6098                  */
6099                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6100                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6101                         cond_resched();
6102                 }
6103         }
6104
6105         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6106                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6107 }
6108
6109 #endif
6110 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6111 {
6112         unsigned int order, t;
6113         for_each_migratetype_order(order, t) {
6114                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6115                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6116         }
6117 }
6118
6119 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6120                                   unsigned long zone,
6121                                   unsigned long range_start_pfn)
6122 {
6123         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6124         unsigned long range_end_pfn = range_start_pfn + size;
6125         int i;
6126
6127         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6128                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6129                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6130
6131                 if (end_pfn > start_pfn) {
6132                         size = end_pfn - start_pfn;
6133                         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn,
6134                                          MEMMAP_EARLY, NULL);
6135                 }
6136         }
6137 }
6138
6139 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6140 {
6141 #ifdef CONFIG_MMU
6142         int batch;
6143
6144         /*
6145          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6146          * size of the zone.
6147          */
6148         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6149         /* But no more than a meg. */
6150         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6151                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6152         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6153         if (batch < 1)
6154                 batch = 1;
6155
6156         /*
6157          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6158          * of 2 value was found to be more likely to have
6159          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6160          *
6161          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6162          * batches of pages, one task can end up with a lot
6163          * of pages of one half of the possible page colors
6164          * and the other with pages of the other colors.
6165          */
6166         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6167
6168         return batch;
6169
6170 #else
6171         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6172          * conditions.
6173          *
6174          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6175          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6176          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6177          *
6178          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6179          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6180          * can be a significant delay between the individual batches being
6181          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6182          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6183          */
6184         return 0;
6185 #endif
6186 }
6187
6188 /*
6189  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6190  * ->batch must never be higher then ->high.
6191  * The following function updates them in a safe manner without read side
6192  * locking.
6193  *
6194  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6195  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
6196  *
6197  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6198  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6199  * exist).
6200  */
6201 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6202                 unsigned long batch)
6203 {
6204        /* start with a fail safe value for batch */
6205         pcp->batch = 1;
6206         smp_wmb();
6207
6208        /* Update high, then batch, in order */
6209         pcp->high = high;
6210         smp_wmb();
6211
6212         pcp->batch = batch;
6213 }
6214
6215 /* a companion to pageset_set_high() */
6216 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6217 {
6218         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6219 }
6220
6221 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6222 {
6223         struct per_cpu_pages *pcp;
6224         int migratetype;
6225
6226         memset(p, 0, sizeof(*p));
6227
6228         pcp = &p->pcp;
6229         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6230                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6231 }
6232
6233 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6234 {
6235         pageset_init(p);
6236         pageset_set_batch(p, batch);
6237 }
6238
6239 /*
6240  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6241  * to the value high for the pageset p.
6242  */
6243 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6244                                 unsigned long high)
6245 {
6246         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6247         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6248                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6249
6250         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6251 }
6252
6253 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6254                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6255 {
6256         if (percpu_pagelist_fraction)
6257                 pageset_set_high(pcp,
6258                         (zone_managed_pages(zone) /
6259                                 percpu_pagelist_fraction));
6260         else
6261                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6262 }
6263
6264 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6265 {
6266         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6267
6268         pageset_init(pcp);
6269         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6270 }
6271
6272 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6273 {
6274         int cpu;
6275         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6276         for_each_possible_cpu(cpu)
6277                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6278 }
6279
6280 /*
6281  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6282  * Before this call only boot pagesets were available.
6283  */
6284 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6285 {
6286         struct pglist_data *pgdat;
6287         struct zone *zone;
6288         int __maybe_unused cpu;
6289
6290         for_each_populated_zone(zone)
6291                 setup_zone_pageset(zone);
6292
6293 #ifdef CONFIG_NUMA
6294         /*
6295          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6296          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6297          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6298          * the nodes these zones are associated with.
6299          */
6300         for_each_possible_cpu(cpu) {
6301                 struct per_cpu_pageset *pcp = &per_cpu(boot_pageset, cpu);
6302                 memset(pcp->vm_numa_stat_diff, 0,
6303                        sizeof(pcp->vm_numa_stat_diff));
6304         }
6305 #endif
6306
6307         for_each_online_pgdat(pgdat)
6308                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6309                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6310 }
6311
6312 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6313 {
6314         /*
6315          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6316          * relies on the ability of the linker to provide the
6317          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6318          */
6319         zone->pageset = &boot_pageset;
6320
6321         if (populated_zone(zone))
6322                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6323                         zone->name, zone->present_pages,
6324                                          zone_batchsize(zone));
6325 }
6326
6327 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6328                                         unsigned long zone_start_pfn,
6329                                         unsigned long size)
6330 {
6331         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6332         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6333
6334         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6335                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6336
6337         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6338
6339         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6340                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6341                         pgdat->node_id,
6342                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6343                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6344
6345         zone_init_free_lists(zone);
6346         zone->initialized = 1;
6347 }
6348
6349 /**
6350  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6351  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6352  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6353  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6354  *
6355  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6356  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6357  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6358  * PFNs will be 0.
6359  */
6360 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6361                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6362 {
6363         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6364         int i;
6365
6366         *start_pfn = -1UL;
6367         *end_pfn = 0;
6368
6369         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6370                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6371                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6372         }
6373
6374         if (*start_pfn == -1UL)
6375                 *start_pfn = 0;
6376 }
6377
6378 /*
6379  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6380  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6381  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6382  */
6383 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6384 {
6385         int zone_index;
6386         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6387                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6388                         continue;
6389
6390                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6391                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6392                         break;
6393         }
6394
6395         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6396         movable_zone = zone_index;
6397 }
6398
6399 /*
6400  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6401  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6402  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6403  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6404  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6405  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6406  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6407  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6408  */
6409 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6410                                         unsigned long zone_type,
6411                                         unsigned long node_start_pfn,
6412                                         unsigned long node_end_pfn,
6413                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6414                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6415 {
6416         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6417         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6418                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6419                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6420                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6421                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6422                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6423
6424                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6425                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6426                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6427                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6428                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6429
6430                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6431                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6432                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6433         }
6434 }
6435
6436 /*
6437  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6438  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6439  */
6440 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6441                                         unsigned long zone_type,
6442                                         unsigned long node_start_pfn,
6443                                         unsigned long node_end_pfn,
6444                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6445                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6446 {
6447         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6448         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6449         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6450         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6451                 return 0;
6452
6453         /* Get the start and end of the zone */
6454         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6455         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6456         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6457                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6458                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6459
6460         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6461         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6462                 return 0;
6463
6464         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6465         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6466         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6467
6468         /* Return the spanned pages */
6469         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6470 }
6471
6472 /*
6473  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6474  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6475  */
6476 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6477                                 unsigned long range_start_pfn,
6478                                 unsigned long range_end_pfn)
6479 {
6480         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6481         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6482         int i;
6483
6484         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6485                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6486                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6487                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6488         }
6489         return nr_absent;
6490 }
6491
6492 /**
6493  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6494  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6495  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6496  *
6497  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6498  */
6499 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6500                                                         unsigned long end_pfn)
6501 {
6502         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6503 }
6504
6505 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6506 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6507                                         unsigned long zone_type,
6508                                         unsigned long node_start_pfn,
6509                                         unsigned long node_end_pfn)
6510 {
6511         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6512         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6513         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6514         unsigned long nr_absent;
6515
6516         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6517         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6518                 return 0;
6519
6520         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6521         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6522
6523         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6524                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6525                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6526         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6527
6528         /*
6529          * ZONE_MOVABLE handling.
6530          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6531          * and vice versa.
6532          */
6533         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6534                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6535                 struct memblock_region *r;
6536
6537                 for_each_memblock(memory, r) {
6538                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6539                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6540                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6541                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6542
6543                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6544                             memblock_is_mirror(r))
6545                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6546
6547                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6548                             !memblock_is_mirror(r))
6549                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6550                 }
6551         }
6552
6553         return nr_absent;
6554 }
6555
6556 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6557                                                 unsigned long node_start_pfn,
6558                                                 unsigned long node_end_pfn)
6559 {
6560         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6561         enum zone_type i;
6562
6563         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6564                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6565                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6566                 unsigned long spanned, absent;
6567                 unsigned long size, real_size;
6568
6569                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6570                                                      node_start_pfn,
6571                                                      node_end_pfn,
6572                                                      &zone_start_pfn,
6573                                                      &zone_end_pfn);
6574                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6575                                                    node_start_pfn,
6576                                                    node_end_pfn);
6577
6578                 size = spanned;
6579                 real_size = size - absent;
6580
6581                 if (size)
6582                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6583                 else
6584                         zone->zone_start_pfn = 0;
6585                 zone->spanned_pages = size;
6586                 zone->present_pages = real_size;
6587
6588                 totalpages += size;
6589                 realtotalpages += real_size;
6590         }
6591
6592         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6593         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6594         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6595                                                         realtotalpages);
6596 }
6597
6598 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6599 /*
6600  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6601  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6602  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6603  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6604  * bytes.
6605  */
6606 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6607 {
6608         unsigned long usemapsize;
6609
6610         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6611         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6612         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6613         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6614         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6615
6616         return usemapsize / 8;
6617 }
6618
6619 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6620                                 struct zone *zone,
6621                                 unsigned long zone_start_pfn,
6622                                 unsigned long zonesize)
6623 {
6624         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6625         zone->pageblock_flags = NULL;
6626         if (usemapsize) {
6627                 zone->pageblock_flags =
6628                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6629                                             pgdat->node_id);
6630                 if (!zone->pageblock_flags)
6631                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6632                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6633         }
6634 }
6635 #else
6636 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6637                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6638 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6639
6640 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6641
6642 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6643 void __init set_pageblock_order(void)
6644 {
6645         unsigned int order;
6646
6647         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6648         if (pageblock_order)
6649                 return;
6650
6651         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6652                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6653         else
6654                 order = MAX_ORDER - 1;
6655
6656         /*
6657          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6658          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6659          * powerpc.
6660          */
6661         pageblock_order = order;
6662 }
6663 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6664
6665 /*
6666  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6667  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6668  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6669  * the kernel config
6670  */
6671 void __init set_pageblock_order(void)
6672 {
6673 }
6674
6675 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6676
6677 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6678                                                 unsigned long present_pages)
6679 {
6680         unsigned long pages = spanned_pages;
6681
6682         /*
6683          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6684          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6685          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6686          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6687          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6688          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6689          */
6690         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6691             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6692                 pages = present_pages;
6693
6694         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6695 }
6696
6697 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6698 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6699 {
6700         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6701
6702         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6703         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6704         ds_queue->split_queue_len = 0;
6705 }
6706 #else
6707 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6708 #endif
6709
6710 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6711 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6712 {
6713         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6714 }
6715 #else
6716 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6717 #endif
6718
6719 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6720 {
6721         pgdat_resize_init(pgdat);
6722
6723         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6724         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6725
6726         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6727         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6728
6729         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6730         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6731         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
6732 }
6733
6734 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6735                                                         unsigned long remaining_pages)
6736 {
6737         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6738         zone_set_nid(zone, nid);
6739         zone->name = zone_names[idx];
6740         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6741         spin_lock_init(&zone->lock);
6742         zone_seqlock_init(zone);
6743         zone_pcp_init(zone);
6744 }
6745
6746 /*
6747  * Set up the zone data structures
6748  * - init pgdat internals
6749  * - init all zones belonging to this node
6750  *
6751  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6752  */
6753 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6754 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6755 {
6756         enum zone_type z;
6757         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6758
6759         pgdat_init_internals(pgdat);
6760         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6761                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6762 }
6763 #endif
6764
6765 /*
6766  * Set up the zone data structures:
6767  *   - mark all pages reserved
6768  *   - mark all memory queues empty
6769  *   - clear the memory bitmaps
6770  *
6771  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6772  * NOTE: this function is only called during early init.
6773  */
6774 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6775 {
6776         enum zone_type j;
6777         int nid = pgdat->node_id;
6778
6779         pgdat_init_internals(pgdat);
6780         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6781
6782         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6783                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6784                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6785                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6786
6787                 size = zone->spanned_pages;
6788                 freesize = zone->present_pages;
6789
6790                 /*
6791                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6792                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6793                  * and per-cpu initialisations
6794                  */
6795                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6796                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6797                         if (freesize >= memmap_pages) {
6798                                 freesize -= memmap_pages;
6799                                 if (memmap_pages)
6800                                         printk(KERN_DEBUG
6801                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6802                                                zone_names[j], memmap_pages);
6803                         } else
6804                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6805                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6806                 }
6807
6808                 /* Account for reserved pages */
6809                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6810                         freesize -= dma_reserve;
6811                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6812                                         zone_names[0], dma_reserve);
6813                 }
6814
6815                 if (!is_highmem_idx(j))
6816                         nr_kernel_pages += freesize;
6817                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6818                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6819                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6820                 nr_all_pages += freesize;
6821
6822                 /*
6823                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6824                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6825                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6826                  */
6827                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6828
6829                 if (!size)
6830                         continue;
6831
6832                 set_pageblock_order();
6833                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6834                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6835                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6836         }
6837 }
6838
6839 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6840 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6841 {
6842         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6843         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6844
6845         /* Skip empty nodes */
6846         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6847                 return;
6848
6849         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6850         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6851         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6852         if (!pgdat->node_mem_map) {
6853                 unsigned long size, end;
6854                 struct page *map;
6855
6856                 /*
6857                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6858                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6859                  * for the buddy allocator to function correctly.
6860                  */
6861                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6862                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6863                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6864                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6865                                           pgdat->node_id);
6866                 if (!map)
6867                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6868                               size, pgdat->node_id);
6869                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6870         }
6871         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6872                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6873                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6874 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6875         /*
6876          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6877          */
6878         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6879                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6880                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6881                         mem_map -= offset;
6882         }
6883 #endif
6884 }
6885 #else
6886 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6887 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6888
6889 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6890 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6891 {
6892         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6893 }
6894 #else
6895 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6896 #endif
6897
6898 static void __init free_area_init_node(int nid)
6899 {
6900         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6901         unsigned long start_pfn = 0;
6902         unsigned long end_pfn = 0;
6903
6904         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6905         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
6906
6907         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6908
6909         pgdat->node_id = nid;
6910         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
6911         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6912
6913         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6914                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6915                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6916         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
6917
6918         alloc_node_mem_map(pgdat);
6919         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6920
6921         free_area_init_core(pgdat);
6922 }
6923
6924 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
6925 {
6926         free_area_init_node(nid);
6927 }
6928
6929 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6930 /*
6931  * Initialize all valid struct pages in the range [spfn, epfn) and mark them
6932  * PageReserved(). Return the number of struct pages that were initialized.
6933  */
6934 static u64 __init init_unavailable_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6935 {
6936         unsigned long pfn;
6937         u64 pgcnt = 0;
6938
6939         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6940                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6941                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6942                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6943                         continue;
6944                 }
6945                 /*
6946                  * Use a fake node/zone (0) for now. Some of these pages
6947                  * (in memblock.reserved but not in memblock.memory) will
6948                  * get re-initialized via reserve_bootmem_region() later.
6949                  */
6950                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, 0, 0);
6951                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6952                 pgcnt++;
6953         }
6954
6955         return pgcnt;
6956 }
6957
6958 /*
6959  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6960  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6961  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6962  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6963  * flags). We must explicitly initialize those struct pages.
6964  *
6965  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6966  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6967  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6968  * layout is manually configured via memmap=, or when the highest physical
6969  * address (max_pfn) does not end on a section boundary.
6970  */
6971 static void __init init_unavailable_mem(void)
6972 {
6973         phys_addr_t start, end;
6974         u64 i, pgcnt;
6975         phys_addr_t next = 0;
6976
6977         /*
6978          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6979          */
6980         pgcnt = 0;
6981         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6982                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6983                 if (next < start)
6984                         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
6985                                                         PFN_UP(start));
6986                 next = end;
6987         }
6988
6989         /*
6990          * Early sections always have a fully populated memmap for the whole
6991          * section - see pfn_valid(). If the last section has holes at the
6992          * end and that section is marked "online", the memmap will be
6993          * considered initialized. Make sure that memmap has a well defined
6994          * state.
6995          */
6996         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
6997                                         round_up(max_pfn, PAGES_PER_SECTION));
6998
6999         /*
7000          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
7001          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
7002          */
7003         if (pgcnt)
7004                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
7005 }
7006 #else
7007 static inline void __init init_unavailable_mem(void)
7008 {
7009 }
7010 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7011
7012 #if MAX_NUMNODES > 1
7013 /*
7014  * Figure out the number of possible node ids.
7015  */
7016 void __init setup_nr_node_ids(void)
7017 {
7018         unsigned int highest;
7019
7020         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7021         nr_node_ids = highest + 1;
7022 }
7023 #endif
7024
7025 /**
7026  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7027  *
7028  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7029  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7030  * all the nodes.
7031  *
7032  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7033  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7034  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7035  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7036  *
7037  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7038  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7039  * populated node map.
7040  *
7041  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7042  * requirement (single node).
7043  */
7044 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7045 {
7046         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7047         unsigned long start, end, mask;
7048         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7049         int i, nid;
7050
7051         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7052                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7053                         last_nid = nid;
7054                         last_end = end;
7055                         continue;
7056                 }
7057
7058                 /*
7059                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7060                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7061                  * too coarse to separate the current node from the last.
7062                  */
7063                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7064                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7065                         mask <<= 1;
7066
7067                 /* accumulate all internode masks */
7068                 accl_mask |= mask;
7069         }
7070
7071         /* convert mask to number of pages */
7072         return ~accl_mask + 1;
7073 }
7074
7075 /**
7076  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7077  *
7078  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7079  * memblock_set_node().
7080  */
7081 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7082 {
7083         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7084 }
7085
7086 /*
7087  * early_calculate_totalpages()
7088  * Sum pages in active regions for movable zone.
7089  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7090  */
7091 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7092 {
7093         unsigned long totalpages = 0;
7094         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7095         int i, nid;
7096
7097         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7098                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7099
7100                 totalpages += pages;
7101                 if (pages)
7102                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7103         }
7104         return totalpages;
7105 }
7106
7107 /*
7108  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7109  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7110  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7111  * others
7112  */
7113 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7114 {
7115         int i, nid;
7116         unsigned long usable_startpfn;
7117         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7118         /* save the state before borrow the nodemask */
7119         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7120         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7121         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7122         struct memblock_region *r;
7123
7124         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7125         find_usable_zone_for_movable();
7126
7127         /*
7128          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7129          * options.
7130          */
7131         if (movable_node_is_enabled()) {
7132                 for_each_memblock(memory, r) {
7133                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7134                                 continue;
7135
7136                         nid = memblock_get_region_node(r);
7137
7138                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7139                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7140                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7141                                 usable_startpfn;
7142                 }
7143
7144                 goto out2;
7145         }
7146
7147         /*
7148          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7149          */
7150         if (mirrored_kernelcore) {
7151                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7152
7153                 for_each_memblock(memory, r) {
7154                         if (memblock_is_mirror(r))
7155                                 continue;
7156
7157                         nid = memblock_get_region_node(r);
7158
7159                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7160
7161                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7162                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7163                                 continue;
7164                         }
7165
7166                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7167                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7168                                 usable_startpfn;
7169                 }
7170
7171                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7172                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7173
7174                 goto out2;
7175         }
7176
7177         /*
7178          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7179          * amount of necessary memory.
7180          */
7181         if (required_kernelcore_percent)
7182                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7183                                        10000UL;
7184         if (required_movablecore_percent)
7185                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7186                                         10000UL;
7187
7188         /*
7189          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7190          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7191          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7192          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7193          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7194          * what movablecore would have allowed.
7195          */
7196         if (required_movablecore) {
7197                 unsigned long corepages;
7198
7199                 /*
7200                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7201                  * was requested by the user
7202                  */
7203                 required_movablecore =
7204                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7205                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7206                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7207
7208                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7209         }
7210
7211         /*
7212          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7213          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7214          */
7215         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7216                 goto out;
7217
7218         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7219         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7220
7221 restart:
7222         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7223         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7224         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7225                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7226
7227                 /*
7228                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7229                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7230                  * amount of memory for the kernel
7231                  */
7232                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7233                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7234
7235                 /*
7236                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7237                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7238                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7239                  */
7240                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7241
7242                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7243                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7244                         unsigned long size_pages;
7245
7246                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7247                         if (start_pfn >= end_pfn)
7248                                 continue;
7249
7250                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7251                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7252                                 unsigned long kernel_pages;
7253                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7254                                                                 - start_pfn;
7255
7256                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7257                                                         kernelcore_remaining);
7258                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7259                                                         required_kernelcore);
7260
7261                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7262                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7263
7264                                         /*
7265                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7266                                          * that if we have to rebalance
7267                                          * kernelcore across nodes, we will
7268                                          * not double account here
7269                                          */
7270                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7271                                         continue;
7272                                 }
7273                                 start_pfn = usable_startpfn;
7274                         }
7275
7276                         /*
7277                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7278                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7279                          * number of pages used as kernelcore
7280                          */
7281                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7282                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7283                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7284                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7285
7286                         /*
7287                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7288                          * break if the kernelcore for this node has been
7289                          * satisfied
7290                          */
7291                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7292                                                                 size_pages);
7293                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7294                         if (!kernelcore_remaining)
7295                                 break;
7296                 }
7297         }
7298
7299         /*
7300          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7301          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7302          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7303          * satisfied
7304          */
7305         usable_nodes--;
7306         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7307                 goto restart;
7308
7309 out2:
7310         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7311         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7312                 zone_movable_pfn[nid] =
7313                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7314
7315 out:
7316         /* restore the node_state */
7317         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7318 }
7319
7320 /* Any regular or high memory on that node ? */
7321 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7322 {
7323         enum zone_type zone_type;
7324
7325         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7326                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7327                 if (populated_zone(zone)) {
7328                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7329                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7330                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7331                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7332                         break;
7333                 }
7334         }
7335 }
7336
7337 /*
7338  * Some architecturs, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7339  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7340  */
7341 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7342 {
7343         return false;
7344 }
7345
7346 /**
7347  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7348  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7349  *
7350  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7351  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7352  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7353  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7354  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7355  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7356  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7357  * at arch_max_dma_pfn.
7358  */
7359 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7360 {
7361         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7362         int i, nid, zone;
7363         bool descending;
7364
7365         /* Record where the zone boundaries are */
7366         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7367                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7368         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7369                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7370
7371         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7372         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7373
7374         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7375                 if (descending)
7376                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7377                 else
7378                         zone = i;
7379
7380                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7381                         continue;
7382
7383                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7384                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7385                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7386
7387                 start_pfn = end_pfn;
7388         }
7389
7390         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7391         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7392         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7393
7394         /* Print out the zone ranges */
7395         pr_info("Zone ranges:\n");
7396         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7397                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7398                         continue;
7399                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7400                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7401                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7402                         pr_cont("empty\n");
7403                 else
7404                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7405                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7406                                         << PAGE_SHIFT,
7407                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7408                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7409         }
7410
7411         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7412         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7413         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7414                 if (zone_movable_pfn[i])
7415                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7416                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7417         }
7418
7419         /*
7420          * Print out the early node map, and initialize the
7421          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7422          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7423          */
7424         pr_info("Early memory node ranges\n");
7425         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7426                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7427                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7428                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7429                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7430         }
7431
7432         /* Initialise every node */
7433         mminit_verify_pageflags_layout();
7434         setup_nr_node_ids();
7435         init_unavailable_mem();
7436         for_each_online_node(nid) {
7437                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7438                 free_area_init_node(nid);
7439
7440                 /* Any memory on that node */
7441                 if (pgdat->node_present_pages)
7442                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7443                 check_for_memory(pgdat, nid);
7444         }
7445 }
7446
7447 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7448                                      unsigned long *percent)
7449 {
7450         unsigned long long coremem;
7451         char *endptr;
7452
7453         if (!p)
7454                 return -EINVAL;
7455
7456         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7457         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7458         if (*endptr == '%') {
7459                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7460                 WARN_ON(coremem > 100);
7461
7462                 *percent = coremem;
7463         } else {
7464                 coremem = memparse(p, &p);
7465                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7466                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7467
7468                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7469                 *percent = 0UL;
7470         }
7471         return 0;
7472 }
7473
7474 /*
7475  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7476  * cannot be reclaimed or migrated.
7477  */
7478 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7479 {
7480         /* parse kernelcore=mirror */
7481         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7482                 mirrored_kernelcore = true;
7483                 return 0;
7484         }
7485
7486         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7487                                   &required_kernelcore_percent);
7488 }
7489
7490 /*
7491  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7492  * can be reclaimed or migrated.
7493  */
7494 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7495 {
7496         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7497                                   &required_movablecore_percent);
7498 }
7499
7500 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7501 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7502
7503 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7504 {
7505         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7506         totalram_pages_add(count);
7507 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7508         if (PageHighMem(page))
7509                 totalhigh_pages_add(count);
7510 #endif
7511 }
7512 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7513
7514 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7515 {
7516         void *pos;
7517         unsigned long pages = 0;
7518
7519         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7520         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7521         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7522                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7523                 void *direct_map_addr;
7524
7525                 /*
7526                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7527                  * because some architectures' virt_to_page()
7528                  * work with aliases.  Getting the direct map
7529                  * address ensures that we get a _writeable_
7530                  * alias for the memset().
7531                  */
7532                 direct_map_addr = page_address(page);
7533                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7534                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7535
7536                 free_reserved_page(page);
7537         }
7538
7539         if (pages && s)
7540                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7541                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7542
7543         return pages;
7544 }
7545
7546 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7547 void free_highmem_page(struct page *page)
7548 {
7549         __free_reserved_page(page);
7550         totalram_pages_inc();
7551         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7552         totalhigh_pages_inc();
7553 }
7554 #endif
7555
7556
7557 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7558 {
7559         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7560         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7561
7562         physpages = get_num_physpages();
7563         codesize = _etext - _stext;
7564         datasize = _edata - _sdata;
7565         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7566         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7567         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7568         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7569
7570         /*
7571          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7572          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7573          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7574          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7575          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7576          */
7577 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7578         do { \
7579                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7580                         size -= adj; \
7581         } while (0)
7582
7583         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7584                      _sinittext, init_code_size);
7585         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7586         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7587         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7588         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7589
7590 #undef  adj_init_size
7591
7592         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7593 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7594                 ", %luK highmem"
7595 #endif
7596                 "%s%s)\n",
7597                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7598                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7599                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7600                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7601                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7602                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7603 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7604                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7605 #endif
7606                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7607 }
7608
7609 /**
7610  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7611  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7612  *
7613  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7614  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7615  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7616  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7617  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7618  * smaller per-cpu batchsize.
7619  */
7620 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7621 {
7622         dma_reserve = new_dma_reserve;
7623 }
7624
7625 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7626 {
7627
7628         lru_add_drain_cpu(cpu);
7629         drain_pages(cpu);
7630
7631         /*
7632          * Spill the event counters of the dead processor
7633          * into the current processors event counters.
7634          * This artificially elevates the count of the current
7635          * processor.
7636          */
7637         vm_events_fold_cpu(cpu);
7638
7639         /*
7640          * Zero the differential counters of the dead processor
7641          * so that the vm statistics are consistent.
7642          *
7643          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7644          * race with what we are doing.
7645          */
7646         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7647         return 0;
7648 }
7649
7650 #ifdef CONFIG_NUMA
7651 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7652
7653 static int __init set_hashdist(char *str)
7654 {
7655         if (!str)
7656                 return 0;
7657         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7658         return 1;
7659 }
7660 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7661 #endif
7662
7663 void __init page_alloc_init(void)
7664 {
7665         int ret;
7666
7667 #ifdef CONFIG_NUMA
7668         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7669                 hashdist = 0;
7670 #endif
7671
7672         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7673                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7674                                         page_alloc_cpu_dead);
7675         WARN_ON(ret < 0);
7676 }
7677
7678 /*
7679  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7680  *      or min_free_kbytes changes.
7681  */
7682 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7683 {
7684         struct pglist_data *pgdat;
7685         unsigned long reserve_pages = 0;
7686         enum zone_type i, j;
7687
7688         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7689
7690                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7691
7692                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7693                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7694                         long max = 0;
7695                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7696
7697                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7698                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7699                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7700                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7701                         }
7702
7703                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7704                         max += high_wmark_pages(zone);
7705
7706                         if (max > managed_pages)
7707                                 max = managed_pages;
7708
7709                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7710
7711                         reserve_pages += max;
7712                 }
7713         }
7714         totalreserve_pages = reserve_pages;
7715 }
7716
7717 /*
7718  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7719  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7720  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7721  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7722  */
7723 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7724 {
7725         struct pglist_data *pgdat;
7726         enum zone_type j, idx;
7727
7728         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7729                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7730                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7731                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7732
7733                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7734
7735                         idx = j;
7736                         while (idx) {
7737                                 struct zone *lower_zone;
7738
7739                                 idx--;
7740                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7741
7742                                 if (!sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] ||
7743                                     !zone_managed_pages(lower_zone)) {
7744                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7745                                         continue;
7746                                 } else {
7747                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7748                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7749                                 }
7750                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7751                         }
7752                 }
7753         }
7754
7755         /* update totalreserve_pages */
7756         calculate_totalreserve_pages();
7757 }
7758
7759 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7760 {
7761         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7762         unsigned long lowmem_pages = 0;
7763         struct zone *zone;
7764         unsigned long flags;
7765
7766         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7767         for_each_zone(zone) {
7768                 if (!is_highmem(zone))
7769                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7770         }
7771
7772         for_each_zone(zone) {
7773                 u64 tmp;
7774
7775                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7776                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7777                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7778                 if (is_highmem(zone)) {
7779                         /*
7780                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7781                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7782                          * value here.
7783                          *
7784                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7785                          * deltas control async page reclaim, and so should
7786                          * not be capped for highmem.
7787                          */
7788                         unsigned long min_pages;
7789
7790                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7791                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7792                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7793                 } else {
7794                         /*
7795                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7796                          * proportionate to the zone's size.
7797                          */
7798                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7799                 }
7800
7801                 /*
7802                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7803                  * scale factor in proportion to available memory, but
7804                  * ensure a minimum size on small systems.
7805                  */
7806                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7807                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7808                                       watermark_scale_factor, 10000));
7809
7810                 zone->watermark_boost = 0;
7811                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7812                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7813
7814                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7815         }
7816
7817         /* update totalreserve_pages */
7818         calculate_totalreserve_pages();
7819 }
7820
7821 /**
7822  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7823  * or when memory is hot-{added|removed}
7824  *
7825  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7826  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7827  */
7828 void setup_per_zone_wmarks(void)
7829 {
7830         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7831
7832         spin_lock(&lock);
7833         __setup_per_zone_wmarks();
7834         spin_unlock(&lock);
7835 }
7836
7837 /*
7838  * Initialise min_free_kbytes.
7839  *
7840  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7841  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
7842  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7843  *
7844  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7845  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7846  *
7847  * which yields
7848  *
7849  * 16MB:        512k
7850  * 32MB:        724k
7851  * 64MB:        1024k
7852  * 128MB:       1448k
7853  * 256MB:       2048k
7854  * 512MB:       2896k
7855  * 1024MB:      4096k
7856  * 2048MB:      5792k
7857  * 4096MB:      8192k
7858  * 8192MB:      11584k
7859  * 16384MB:     16384k
7860  */
7861 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7862 {
7863         unsigned long lowmem_kbytes;
7864         int new_min_free_kbytes;
7865
7866         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7867         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7868
7869         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7870                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7871                 if (min_free_kbytes < 128)
7872                         min_free_kbytes = 128;
7873                 if (min_free_kbytes > 262144)
7874                         min_free_kbytes = 262144;
7875         } else {
7876                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7877                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7878         }
7879         setup_per_zone_wmarks();
7880         refresh_zone_stat_thresholds();
7881         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7882
7883 #ifdef CONFIG_NUMA
7884         setup_min_unmapped_ratio();
7885         setup_min_slab_ratio();
7886 #endif
7887
7888         return 0;
7889 }
7890 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7891
7892 /*
7893  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7894  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7895  *      changes.
7896  */
7897 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7898                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7899 {
7900         int rc;
7901
7902         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7903         if (rc)
7904                 return rc;
7905
7906         if (write) {
7907                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7908                 setup_per_zone_wmarks();
7909         }
7910         return 0;
7911 }
7912
7913 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7914                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7915 {
7916         int rc;
7917
7918         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7919         if (rc)
7920                 return rc;
7921
7922         if (write)
7923                 setup_per_zone_wmarks();
7924
7925         return 0;
7926 }
7927
7928 #ifdef CONFIG_NUMA
7929 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7930 {
7931         pg_data_t *pgdat;
7932         struct zone *zone;
7933
7934         for_each_online_pgdat(pgdat)
7935                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7936
7937         for_each_zone(zone)
7938                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7939                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7940 }
7941
7942
7943 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7944                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7945 {
7946         int rc;
7947
7948         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7949         if (rc)
7950                 return rc;
7951
7952         setup_min_unmapped_ratio();
7953
7954         return 0;
7955 }
7956
7957 static void setup_min_slab_ratio(void)
7958 {
7959         pg_data_t *pgdat;
7960         struct zone *zone;
7961
7962         for_each_online_pgdat(pgdat)
7963                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7964
7965         for_each_zone(zone)
7966                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7967                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7968 }
7969
7970 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7971                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7972 {
7973         int rc;
7974
7975         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7976         if (rc)
7977                 return rc;
7978
7979         setup_min_slab_ratio();
7980
7981         return 0;
7982 }
7983 #endif
7984
7985 /*
7986  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7987  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7988  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7989  *
7990  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7991  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7992  * if in function of the boot time zone sizes.
7993  */
7994 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7995                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7996 {
7997         int i;
7998
7999         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8000
8001         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8002                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8003                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8004         }
8005
8006         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8007         return 0;
8008 }
8009
8010 static void __zone_pcp_update(struct zone *zone)
8011 {
8012         unsigned int cpu;
8013
8014         for_each_possible_cpu(cpu)
8015                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8016                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8017 }
8018
8019 /*
8020  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8021  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8022  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8023  */
8024 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8025                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8026 {
8027         struct zone *zone;
8028         int old_percpu_pagelist_fraction;
8029         int ret;
8030
8031         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8032         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8033
8034         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8035         if (!write || ret < 0)
8036                 goto out;
8037
8038         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8039         if (percpu_pagelist_fraction &&
8040             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8041                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8042                 ret = -EINVAL;
8043                 goto out;
8044         }
8045
8046         /* No change? */
8047         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8048                 goto out;
8049
8050         for_each_populated_zone(zone)
8051                 __zone_pcp_update(zone);
8052 out:
8053         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8054         return ret;
8055 }
8056
8057 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8058 /*
8059  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8060  * is not known to alloc_large_system_hash().
8061  */
8062 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8063 {
8064         return 0;
8065 }
8066 #endif
8067
8068 /*
8069  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8070  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8071  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8072  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8073  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8074  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8075  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8076  */
8077 #if __BITS_PER_LONG > 32
8078 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8079 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8080 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8081 #endif
8082
8083 /*
8084  * allocate a large system hash table from bootmem
8085  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8086  *   quantity of entries
8087  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8088  */
8089 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8090                                      unsigned long bucketsize,
8091                                      unsigned long numentries,
8092                                      int scale,
8093                                      int flags,
8094                                      unsigned int *_hash_shift,
8095                                      unsigned int *_hash_mask,
8096                                      unsigned long low_limit,
8097                                      unsigned long high_limit)
8098 {
8099         unsigned long long max = high_limit;
8100         unsigned long log2qty, size;
8101         void *table = NULL;
8102         gfp_t gfp_flags;
8103         bool virt;
8104
8105         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8106         if (!numentries) {
8107                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8108                 numentries = nr_kernel_pages;
8109                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8110
8111                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8112                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8113                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8114
8115 #if __BITS_PER_LONG > 32
8116                 if (!high_limit) {
8117                         unsigned long adapt;
8118
8119                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8120                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8121                                 scale++;
8122                 }
8123 #endif
8124
8125                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8126                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8127                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8128                 else
8129                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8130
8131                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8132                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8133                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8134                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8135                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8136                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8137                                 BUG_ON(!numentries);
8138                         }
8139                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8140                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8141         }
8142         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8143
8144         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8145         if (max == 0) {
8146                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8147                 do_div(max, bucketsize);
8148         }
8149         max = min(max, 0x80000000ULL);
8150
8151         if (numentries < low_limit)
8152                 numentries = low_limit;
8153         if (numentries > max)
8154                 numentries = max;
8155
8156         log2qty = ilog2(numentries);
8157
8158         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8159         do {
8160                 virt = false;
8161                 size = bucketsize << log2qty;
8162                 if (flags & HASH_EARLY) {
8163                         if (flags & HASH_ZERO)
8164                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8165                         else
8166                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8167                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8168                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8169                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8170                         virt = true;
8171                 } else {
8172                         /*
8173                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8174                          * some pages at the end of hash table which
8175                          * alloc_pages_exact() automatically does
8176                          */
8177                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8178                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8179                 }
8180         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8181
8182         if (!table)
8183                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8184
8185         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8186                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8187                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8188
8189         if (_hash_shift)
8190                 *_hash_shift = log2qty;
8191         if (_hash_mask)
8192                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8193
8194         return table;
8195 }
8196
8197 /*
8198  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8199  *
8200  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8201  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8202  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8203  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8204  *
8205  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8206  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that that it
8207  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8208  *
8209  */
8210 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8211                                  int migratetype, int flags)
8212 {
8213         unsigned long iter = 0;
8214         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8215
8216         /*
8217          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8218          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8219          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8220          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8221          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8222          */
8223
8224         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8225                 /*
8226                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8227                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8228                  * so consider them movable here.
8229                  */
8230                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8231                         return NULL;
8232
8233                 return page;
8234         }
8235
8236         for (; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8237                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8238                         continue;
8239
8240                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8241
8242                 if (PageReserved(page))
8243                         return page;
8244
8245                 /*
8246                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8247                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8248                  * is movable.
8249                  */
8250                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8251                         continue;
8252
8253                 /*
8254                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8255                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8256                  * We need not scan over tail pages because we don't
8257                  * handle each tail page individually in migration.
8258                  */
8259                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8260                         struct page *head = compound_head(page);
8261                         unsigned int skip_pages;
8262
8263                         if (PageHuge(page)) {
8264                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8265                                         return page;
8266                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8267                                 return page;
8268                         }
8269
8270                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8271                         iter += skip_pages - 1;
8272                         continue;
8273                 }
8274
8275                 /*
8276                  * We can't use page_count without pin a page
8277                  * because another CPU can free compound page.
8278                  * This check already skips compound tails of THP
8279                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8280                  */
8281                 if (!page_ref_count(page)) {
8282                         if (PageBuddy(page))
8283                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8284                         continue;
8285                 }
8286
8287                 /*
8288                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8289                  * page_count() is not 0.
8290                  */
8291                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8292                         continue;
8293
8294                 /*
8295                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8296                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8297                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8298                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8299                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8300                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8301                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8302                  * (false negatives in this function only)
8303                  */
8304                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8305                         continue;
8306
8307                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8308                         continue;
8309
8310                 /*
8311                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8312                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8313                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8314                  */
8315                 /*
8316                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8317                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8318                  *
8319                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8320                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8321                  * page at boot.
8322                  */
8323                 return page;
8324         }
8325         return NULL;
8326 }
8327
8328 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8329 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8330 {
8331         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8332                              pageblock_nr_pages) - 1);
8333 }
8334
8335 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8336 {
8337         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8338                                 pageblock_nr_pages));
8339 }
8340
8341 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8342 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8343                                         unsigned long start, unsigned long end)
8344 {
8345         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8346         unsigned int nr_reclaimed;
8347         unsigned long pfn = start;
8348         unsigned int tries = 0;
8349         int ret = 0;
8350
8351         migrate_prep();
8352
8353         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8354                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8355                         ret = -EINTR;
8356                         break;
8357                 }
8358
8359                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8360                         cc->nr_migratepages = 0;
8361                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8362                         if (!pfn) {
8363                                 ret = -EINTR;
8364                                 break;
8365                         }
8366                         tries = 0;
8367                 } else if (++tries == 5) {
8368                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8369                         break;
8370                 }
8371
8372                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8373                                                         &cc->migratepages);
8374                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8375
8376                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8377                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8378         }
8379         if (ret < 0) {
8380                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8381                 return ret;
8382         }
8383         return 0;
8384 }
8385
8386 /**
8387  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8388  * @start:      start PFN to allocate
8389  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8390  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8391  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8392  *                      in range must have the same migratetype and it must
8393  *                      be either of the two.
8394  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8395  *
8396  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8397  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8398  *
8399  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8400  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8401  * be modified by others.
8402  *
8403  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8404  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8405  * need to be freed with free_contig_range().
8406  */
8407 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8408                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8409 {
8410         unsigned long outer_start, outer_end;
8411         unsigned int order;
8412         int ret = 0;
8413
8414         struct compact_control cc = {
8415                 .nr_migratepages = 0,
8416                 .order = -1,
8417                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8418                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8419                 .ignore_skip_hint = true,
8420                 .no_set_skip_hint = true,
8421                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8422                 .alloc_contig = true,
8423         };
8424         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8425
8426         /*
8427          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8428          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8429          * have different sizes, and due to the way page allocator
8430          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8431          * that page allocator won't try to merge buddies from
8432          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8433          * other migration type.
8434          *
8435          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8436          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8437          * we are interested in).  This will put all the pages in
8438          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8439          *
8440          * When this is done, we take the pages in range from page
8441          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8442          * page allocator will never consider using them.
8443          *
8444          * This lets us mark the pageblocks back as
8445          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8446          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8447          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8448          */
8449
8450         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8451                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8452         if (ret < 0)
8453                 return ret;
8454
8455         /*
8456          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8457          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8458          * which will report the busy page.
8459          *
8460          * It is possible that busy pages could become available before
8461          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8462          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8463          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8464          */
8465         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8466         if (ret && ret != -EBUSY)
8467                 goto done;
8468         ret =0;
8469
8470         /*
8471          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8472          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8473          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8474          * What we are going to do is to allocate all pages from
8475          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8476          *
8477          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8478          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8479          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8480          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8481          * once this is done free the pages we are not interested in.
8482          *
8483          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8484          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8485          */
8486
8487         lru_add_drain_all();
8488
8489         order = 0;
8490         outer_start = start;
8491         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8492                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8493                         outer_start = start;
8494                         break;
8495                 }
8496                 outer_start &= ~0UL << order;
8497         }
8498
8499         if (outer_start != start) {
8500                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8501
8502                 /*
8503                  * outer_start page could be small order buddy page and
8504                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8505                  * in this case to report failed page properly
8506                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8507                  */
8508                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8509                         outer_start = start;
8510         }
8511
8512         /* Make sure the range is really isolated. */
8513         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8514                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8515                         __func__, outer_start, end);
8516                 ret = -EBUSY;
8517                 goto done;
8518         }
8519
8520         /* Grab isolated pages from freelists. */
8521         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8522         if (!outer_end) {
8523                 ret = -EBUSY;
8524                 goto done;
8525         }
8526
8527         /* Free head and tail (if any) */
8528         if (start != outer_start)
8529                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8530         if (end != outer_end)
8531                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8532
8533 done:
8534         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8535                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8536         return ret;
8537 }
8538 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
8539
8540 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8541                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8542 {
8543         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8544
8545         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8546                                   gfp_mask);
8547 }
8548
8549 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8550                                    unsigned long nr_pages)
8551 {
8552         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8553         struct page *page;
8554
8555         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8556                 page = pfn_to_online_page(i);
8557                 if (!page)
8558                         return false;
8559
8560                 if (page_zone(page) != z)
8561                         return false;
8562
8563                 if (PageReserved(page))
8564                         return false;
8565
8566                 if (page_count(page) > 0)
8567                         return false;
8568
8569                 if (PageHuge(page))
8570                         return false;
8571         }
8572         return true;
8573 }
8574
8575 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8576                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8577 {
8578         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8579
8580         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8581 }
8582
8583 /**
8584  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8585  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8586  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8587  * @nid:        Target node
8588  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8589  *
8590  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8591  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8592  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8593  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8594  *
8595  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8596  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8597  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8598  *
8599  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8600  * __free_page() on each allocated page.
8601  *
8602  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8603  */
8604 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8605                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8606 {
8607         unsigned long ret, pfn, flags;
8608         struct zonelist *zonelist;
8609         struct zone *zone;
8610         struct zoneref *z;
8611
8612         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
8613         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
8614                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
8615                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8616
8617                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
8618                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
8619                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
8620                                 /*
8621                                  * We release the zone lock here because
8622                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
8623                                  * at some point. If there's an allocation
8624                                  * spinning on this lock, it may win the race
8625                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
8626                                  */
8627                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8628                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
8629                                                         gfp_mask);
8630                                 if (!ret)
8631                                         return pfn_to_page(pfn);
8632                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8633                         }
8634                         pfn += nr_pages;
8635                 }
8636                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8637         }
8638         return NULL;
8639 }
8640 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8641
8642 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8643 {
8644         unsigned int count = 0;
8645
8646         for (; nr_pages--; pfn++) {
8647                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8648
8649                 count += page_count(page) != 1;
8650                 __free_page(page);
8651         }
8652         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8653 }
8654 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
8655
8656 /*
8657  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8658  * page high values need to be recalulated.
8659  */
8660 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8661 {
8662         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8663         __zone_pcp_update(zone);
8664         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8665 }
8666
8667 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8668 {
8669         unsigned long flags;
8670         int cpu;
8671         struct per_cpu_pageset *pset;
8672
8673         /* avoid races with drain_pages()  */
8674         local_irq_save(flags);
8675         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8676                 for_each_online_cpu(cpu) {
8677                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8678                         drain_zonestat(zone, pset);
8679                 }
8680                 free_percpu(zone->pageset);
8681                 zone->pageset = &boot_pageset;
8682         }
8683         local_irq_restore(flags);
8684 }
8685
8686 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8687 /*
8688  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8689  * before calling this.
8690  */
8691 unsigned long
8692 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8693 {
8694         struct page *page;
8695         struct zone *zone;
8696         unsigned int order;
8697         unsigned long pfn;
8698         unsigned long flags;
8699         unsigned long offlined_pages = 0;
8700
8701         /* find the first valid pfn */
8702         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8703                 if (pfn_valid(pfn))
8704                         break;
8705         if (pfn == end_pfn)
8706                 return offlined_pages;
8707
8708         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8709         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8710         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8711         pfn = start_pfn;
8712         while (pfn < end_pfn) {
8713                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8714                         pfn++;
8715                         continue;
8716                 }
8717                 page = pfn_to_page(pfn);
8718                 /*
8719                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8720                  * page_count() is not 0.
8721                  */
8722                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8723                         pfn++;
8724                         offlined_pages++;
8725                         continue;
8726                 }
8727                 /*
8728                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
8729                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
8730                  */
8731                 if (PageOffline(page)) {
8732                         BUG_ON(page_count(page));
8733                         BUG_ON(PageBuddy(page));
8734                         pfn++;
8735                         offlined_pages++;
8736                         continue;
8737                 }
8738
8739                 BUG_ON(page_count(page));
8740                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8741                 order = page_order(page);
8742                 offlined_pages += 1 << order;
8743                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
8744                 pfn += (1 << order);
8745         }
8746         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8747
8748         return offlined_pages;
8749 }
8750 #endif
8751
8752 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8753 {
8754         struct zone *zone = page_zone(page);
8755         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8756         unsigned long flags;
8757         unsigned int order;
8758
8759         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8760         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8761                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8762
8763                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8764                         break;
8765         }
8766         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8767
8768         return order < MAX_ORDER;
8769 }
8770
8771 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8772 /*
8773  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8774  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8775  * allocation.
8776  */
8777 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8778 {
8779         struct zone *zone = page_zone(page);
8780         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8781         unsigned long flags;
8782         unsigned int order;
8783         bool hwpoisoned = false;
8784
8785         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8786         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8787                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8788
8789                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8790                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8791                                 hwpoisoned = true;
8792                         break;
8793                 }
8794         }
8795         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8796
8797         return hwpoisoned;
8798 }
8799 #endif