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