36d93c73f2bb5e0cd0ad43cc6afdfa3cb541b029
[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 #include "page_reporting.h"
78
79 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
80 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
81 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
82
83 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
84 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
85 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
86 #endif
87
88 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
89
90 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
91 /*
92  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
93  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
94  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
95  * defined in <linux/topology.h>.
96  */
97 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
98 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
99 #endif
100
101 /* work_structs for global per-cpu drains */
102 struct pcpu_drain {
103         struct zone *zone;
104         struct work_struct work;
105 };
106 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
107 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
108
109 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
110 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
111 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
112 #endif
113
114 /*
115  * Array of node states.
116  */
117 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
118         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
119         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
120 #ifndef CONFIG_NUMA
121         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
122 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
123         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
124 #endif
125         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
126         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
127 #endif  /* NUMA */
128 };
129 EXPORT_SYMBOL(node_states);
130
131 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
132 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
133 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
134 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
135
136 int percpu_pagelist_fraction;
137 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
138 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
139 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
140 #else
141 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
142 #endif
143 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
144
145 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
146 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
147 #else
148 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
149 #endif
150 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
151
152 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
153 {
154         int ret;
155         bool bool_result;
156
157         if (!buf)
158                 return -EINVAL;
159         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
160         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
161                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
162         if (bool_result)
163                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
164         else
165                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
166         return ret;
167 }
168 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
169
170 static int __init early_init_on_free(char *buf)
171 {
172         int ret;
173         bool bool_result;
174
175         if (!buf)
176                 return -EINVAL;
177         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
178         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
179                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
180         if (bool_result)
181                 static_branch_enable(&init_on_free);
182         else
183                 static_branch_disable(&init_on_free);
184         return ret;
185 }
186 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
187
188 /*
189  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
190  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
191  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
192  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
193  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
194  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
195  */
196 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
197 {
198         return page->index;
199 }
200
201 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
202 {
203         page->index = migratetype;
204 }
205
206 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
207 /*
208  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
209  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
210  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
211  * they should always be called with system_transition_mutex held
212  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
213  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
214  * with that modification).
215  */
216
217 static gfp_t saved_gfp_mask;
218
219 void pm_restore_gfp_mask(void)
220 {
221         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
222         if (saved_gfp_mask) {
223                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
224                 saved_gfp_mask = 0;
225         }
226 }
227
228 void pm_restrict_gfp_mask(void)
229 {
230         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
231         WARN_ON(saved_gfp_mask);
232         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
233         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
234 }
235
236 bool pm_suspended_storage(void)
237 {
238         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
239                 return false;
240         return true;
241 }
242 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
243
244 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
245 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
246 #endif
247
248 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
249
250 /*
251  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
252  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
253  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
254  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
255  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
256  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
257  *
258  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
259  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
260  */
261 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
262 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
263         [ZONE_DMA] = 256,
264 #endif
265 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
266         [ZONE_DMA32] = 256,
267 #endif
268         [ZONE_NORMAL] = 32,
269 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
270         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
271 #endif
272         [ZONE_MOVABLE] = 0,
273 };
274
275 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
276 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
277          "DMA",
278 #endif
279 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
280          "DMA32",
281 #endif
282          "Normal",
283 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
284          "HighMem",
285 #endif
286          "Movable",
287 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
288          "Device",
289 #endif
290 };
291
292 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
293         "Unmovable",
294         "Movable",
295         "Reclaimable",
296         "HighAtomic",
297 #ifdef CONFIG_CMA
298         "CMA",
299 #endif
300 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
301         "Isolate",
302 #endif
303 };
304
305 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
306         NULL,
307         free_compound_page,
308 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
309         free_huge_page,
310 #endif
311 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
312         free_transhuge_page,
313 #endif
314 };
315
316 int min_free_kbytes = 1024;
317 int user_min_free_kbytes = -1;
318 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
319 /*
320  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
321  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
322  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
323  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
324  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
325  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
326  * fragmentation avoidance.
327  */
328 int watermark_boost_factor __read_mostly;
329 #else
330 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
331 #endif
332 int watermark_scale_factor = 10;
333
334 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
335 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
336 static unsigned long dma_reserve __initdata;
337
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
351 #if MAX_NUMNODES > 1
352 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
353 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
354 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
355 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
356 #endif
357
358 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
359
360 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
361 /*
362  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
363  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
364  * and we can permanently disable that path.
365  */
366 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
367
368 /*
369  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
370  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
371  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
372  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
373  *
374  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
375  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
376  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
377  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
378  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
379  * initialization is done, but this is not likely to happen.
380  */
381 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
382 {
383         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
384                 kasan_free_pages(page, order);
385 }
386
387 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
388 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
389 {
390         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
391
392         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
393                 return true;
394
395         return false;
396 }
397
398 /*
399  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
400  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
401  */
402 static bool __meminit
403 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
404 {
405         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
406
407         /*
408          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
409          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
410          */
411         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
412                 prev_end_pfn = end_pfn;
413                 nr_initialised = 0;
414         }
415
416         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
417         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
418                 return false;
419
420         /*
421          * We start only with one section of pages, more pages are added as
422          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
423          */
424         nr_initialised++;
425         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
426             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
427                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
428                 return true;
429         }
430         return false;
431 }
432 #else
433 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
434
435 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
436 {
437         return false;
438 }
439
440 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
441 {
442         return false;
443 }
444 #endif
445
446 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
447 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
448                                                         unsigned long pfn)
449 {
450 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
451         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
452 #else
453         return page_zone(page)->pageblock_flags;
454 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
455 }
456
457 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
458 {
459 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
460         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
461         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
462 #else
463         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
464         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
465 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
466 }
467
468 /**
469  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
470  * @page: The page within the block of interest
471  * @pfn: The target page frame number
472  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
473  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
474  *
475  * Return: pageblock_bits flags
476  */
477 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
478                                         unsigned long pfn,
479                                         unsigned long end_bitidx,
480                                         unsigned long mask)
481 {
482         unsigned long *bitmap;
483         unsigned long bitidx, word_bitidx;
484         unsigned long word;
485
486         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
487         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
488         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
489         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
490
491         word = bitmap[word_bitidx];
492         bitidx += end_bitidx;
493         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
494 }
495
496 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
497                                         unsigned long end_bitidx,
498                                         unsigned long mask)
499 {
500         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
501 }
502
503 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
504 {
505         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
506 }
507
508 /**
509  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
510  * @page: The page within the block of interest
511  * @flags: The flags to set
512  * @pfn: The target page frame number
513  * @end_bitidx: The last bit of interest
514  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
515  */
516 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
517                                         unsigned long pfn,
518                                         unsigned long end_bitidx,
519                                         unsigned long mask)
520 {
521         unsigned long *bitmap;
522         unsigned long bitidx, word_bitidx;
523         unsigned long old_word, word;
524
525         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
526         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
527
528         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
529         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
530         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
531         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
532
533         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
534
535         bitidx += end_bitidx;
536         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
537         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
538
539         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
540         for (;;) {
541                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
542                 if (word == old_word)
543                         break;
544                 word = old_word;
545         }
546 }
547
548 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
549 {
550         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
551                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
552                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
553
554         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
555                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
556 }
557
558 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
559 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
560 {
561         int ret = 0;
562         unsigned seq;
563         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
564         unsigned long sp, start_pfn;
565
566         do {
567                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
568                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
569                 sp = zone->spanned_pages;
570                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
571                         ret = 1;
572         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
573
574         if (ret)
575                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
576                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
577                         start_pfn, start_pfn + sp);
578
579         return ret;
580 }
581
582 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
583 {
584         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
585                 return 0;
586         if (zone != page_zone(page))
587                 return 0;
588
589         return 1;
590 }
591 /*
592  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
593  */
594 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
595 {
596         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
597                 return 1;
598         if (!page_is_consistent(zone, page))
599                 return 1;
600
601         return 0;
602 }
603 #else
604 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
605 {
606         return 0;
607 }
608 #endif
609
610 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
611                 unsigned long bad_flags)
612 {
613         static unsigned long resume;
614         static unsigned long nr_shown;
615         static unsigned long nr_unshown;
616
617         /*
618          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
619          * or allow a steady drip of one report per second.
620          */
621         if (nr_shown == 60) {
622                 if (time_before(jiffies, resume)) {
623                         nr_unshown++;
624                         goto out;
625                 }
626                 if (nr_unshown) {
627                         pr_alert(
628                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
629                                 nr_unshown);
630                         nr_unshown = 0;
631                 }
632                 nr_shown = 0;
633         }
634         if (nr_shown++ == 0)
635                 resume = jiffies + 60 * HZ;
636
637         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
638                 current->comm, page_to_pfn(page));
639         __dump_page(page, reason);
640         bad_flags &= page->flags;
641         if (bad_flags)
642                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
643                                                 bad_flags, &bad_flags);
644         dump_page_owner(page);
645
646         print_modules();
647         dump_stack();
648 out:
649         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
650         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
651         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
652 }
653
654 /*
655  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
656  *
657  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
658  *
659  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
660  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
661  *
662  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
663  * page destructors. See compound_page_dtors.
664  *
665  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
666  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
667  */
668
669 void free_compound_page(struct page *page)
670 {
671         mem_cgroup_uncharge(page);
672         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
673 }
674
675 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
676 {
677         int i;
678         int nr_pages = 1 << order;
679
680         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
681         set_compound_order(page, order);
682         __SetPageHead(page);
683         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
684                 struct page *p = page + i;
685                 set_page_count(p, 0);
686                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
687                 set_compound_head(p, page);
688         }
689         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
690         if (hpage_pincount_available(page))
691                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
692 }
693
694 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
695 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
696
697 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
698                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
699 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
700 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
701 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
702
703 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
704
705 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
706 {
707         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
708 }
709 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
710
711 void init_debug_pagealloc(void)
712 {
713         if (!debug_pagealloc_enabled())
714                 return;
715
716         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
717
718         if (!debug_guardpage_minorder())
719                 return;
720
721         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
722 }
723
724 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
725 {
726         unsigned long res;
727
728         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
729                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
730                 return 0;
731         }
732         _debug_guardpage_minorder = res;
733         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
734         return 0;
735 }
736 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
737
738 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
739                                 unsigned int order, int migratetype)
740 {
741         if (!debug_guardpage_enabled())
742                 return false;
743
744         if (order >= debug_guardpage_minorder())
745                 return false;
746
747         __SetPageGuard(page);
748         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
749         set_page_private(page, order);
750         /* Guard pages are not available for any usage */
751         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
752
753         return true;
754 }
755
756 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
757                                 unsigned int order, int migratetype)
758 {
759         if (!debug_guardpage_enabled())
760                 return;
761
762         __ClearPageGuard(page);
763
764         set_page_private(page, 0);
765         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
766                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
767 }
768 #else
769 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
770                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
771 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
772                                 unsigned int order, int migratetype) {}
773 #endif
774
775 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
776 {
777         set_page_private(page, order);
778         __SetPageBuddy(page);
779 }
780
781 /*
782  * This function checks whether a page is free && is the buddy
783  * we can coalesce a page and its buddy if
784  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
785  * (b) the buddy is in the buddy system &&
786  * (c) a page and its buddy have the same order &&
787  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
788  *
789  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
790  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
791  *
792  * For recording page's order, we use page_private(page).
793  */
794 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
795                                                         unsigned int order)
796 {
797         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
798                 return false;
799
800         if (page_order(buddy) != order)
801                 return false;
802
803         /*
804          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
805          * zone/node ids for pages that could never merge.
806          */
807         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
808                 return false;
809
810         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
811
812         return true;
813 }
814
815 #ifdef CONFIG_COMPACTION
816 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
817 {
818         struct capture_control *capc = current->capture_control;
819
820         return capc &&
821                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
822                 !capc->page &&
823                 capc->cc->zone == zone &&
824                 capc->cc->direct_compaction ? capc : NULL;
825 }
826
827 static inline bool
828 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
829                    int order, int migratetype)
830 {
831         if (!capc || order != capc->cc->order)
832                 return false;
833
834         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
835         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
836             is_migrate_isolate(migratetype))
837                 return false;
838
839         /*
840          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
841          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
842          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
843          * have trouble finding a high-order free page.
844          */
845         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
846                 return false;
847
848         capc->page = page;
849         return true;
850 }
851
852 #else
853 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
854 {
855         return NULL;
856 }
857
858 static inline bool
859 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
860                    int order, int migratetype)
861 {
862         return false;
863 }
864 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
865
866 /* Used for pages not on another list */
867 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
868                                     unsigned int order, int migratetype)
869 {
870         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
871
872         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
873         area->nr_free++;
874 }
875
876 /* Used for pages not on another list */
877 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
878                                          unsigned int order, int migratetype)
879 {
880         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
881
882         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
883         area->nr_free++;
884 }
885
886 /* Used for pages which are on another list */
887 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
888                                      unsigned int order, int migratetype)
889 {
890         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
891
892         list_move(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
893 }
894
895 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
896                                            unsigned int order)
897 {
898         /* clear reported state and update reported page count */
899         if (page_reported(page))
900                 __ClearPageReported(page);
901
902         list_del(&page->lru);
903         __ClearPageBuddy(page);
904         set_page_private(page, 0);
905         zone->free_area[order].nr_free--;
906 }
907
908 /*
909  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
910  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
911  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
912  * that is happening, add the free page to the tail of the list
913  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
914  * as a higher order page
915  */
916 static inline bool
917 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
918                    struct page *page, unsigned int order)
919 {
920         struct page *higher_page, *higher_buddy;
921         unsigned long combined_pfn;
922
923         if (order >= MAX_ORDER - 2)
924                 return false;
925
926         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
927                 return false;
928
929         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
930         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
931         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
932         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
933
934         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
935                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
936 }
937
938 /*
939  * Freeing function for a buddy system allocator.
940  *
941  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
942  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
943  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
944  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
945  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
946  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
947  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
948  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
949  * parts of the VM system.
950  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
951  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
952  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
953  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
954  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
955  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
956  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
957  * triggers coalescing into a block of larger size.
958  *
959  * -- nyc
960  */
961
962 static inline void __free_one_page(struct page *page,
963                 unsigned long pfn,
964                 struct zone *zone, unsigned int order,
965                 int migratetype, bool report)
966 {
967         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
968         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
969         unsigned long combined_pfn;
970         unsigned int max_order;
971         struct page *buddy;
972         bool to_tail;
973
974         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
975
976         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
977         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
978
979         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
980         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
981                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
982
983         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
984         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
985
986 continue_merging:
987         while (order < max_order - 1) {
988                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
989                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
990                                                                 migratetype);
991                         return;
992                 }
993                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
994                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
995
996                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
997                         goto done_merging;
998                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
999                         goto done_merging;
1000                 /*
1001                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1002                  * merge with it and move up one order.
1003                  */
1004                 if (page_is_guard(buddy))
1005                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1006                 else
1007                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1008                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1009                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1010                 pfn = combined_pfn;
1011                 order++;
1012         }
1013         if (max_order < MAX_ORDER) {
1014                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1015                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1016                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1017                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1018                  *
1019                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1020                  * low-order merging.
1021                  */
1022                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1023                         int buddy_mt;
1024
1025                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1026                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1027                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1028
1029                         if (migratetype != buddy_mt
1030                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1031                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1032                                 goto done_merging;
1033                 }
1034                 max_order++;
1035                 goto continue_merging;
1036         }
1037
1038 done_merging:
1039         set_page_order(page, order);
1040
1041         if (is_shuffle_order(order))
1042                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1043         else
1044                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1045
1046         if (to_tail)
1047                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1048         else
1049                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1050
1051         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1052         if (report)
1053                 page_reporting_notify_free(order);
1054 }
1055
1056 /*
1057  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1058  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1059  * check if necessary.
1060  */
1061 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1062                                         unsigned long check_flags)
1063 {
1064         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1065                 return false;
1066
1067         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1068                         page_ref_count(page) |
1069 #ifdef CONFIG_MEMCG
1070                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1071 #endif
1072                         (page->flags & check_flags)))
1073                 return false;
1074
1075         return true;
1076 }
1077
1078 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
1079 {
1080         const char *bad_reason;
1081         unsigned long bad_flags;
1082
1083         bad_reason = NULL;
1084         bad_flags = 0;
1085
1086         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1087                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1088         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1089                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1090         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1091                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1092         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
1093                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1094                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
1095         }
1096 #ifdef CONFIG_MEMCG
1097         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1098                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1099 #endif
1100         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1101 }
1102
1103 static inline int free_pages_check(struct page *page)
1104 {
1105         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1106                 return 0;
1107
1108         /* Something has gone sideways, find it */
1109         free_pages_check_bad(page);
1110         return 1;
1111 }
1112
1113 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1114 {
1115         int ret = 1;
1116
1117         /*
1118          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1119          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1120          */
1121         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1122
1123         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1124                 ret = 0;
1125                 goto out;
1126         }
1127         switch (page - head_page) {
1128         case 1:
1129                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1130                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1131                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
1132                         goto out;
1133                 }
1134                 break;
1135         case 2:
1136                 /*
1137                  * the second tail page: ->mapping is
1138                  * deferred_list.next -- ignore value.
1139                  */
1140                 break;
1141         default:
1142                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1143                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
1144                         goto out;
1145                 }
1146                 break;
1147         }
1148         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1149                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
1150                 goto out;
1151         }
1152         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1153                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
1154                 goto out;
1155         }
1156         ret = 0;
1157 out:
1158         page->mapping = NULL;
1159         clear_compound_head(page);
1160         return ret;
1161 }
1162
1163 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1164 {
1165         int i;
1166
1167         for (i = 0; i < numpages; i++)
1168                 clear_highpage(page + i);
1169 }
1170
1171 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1172                                         unsigned int order, bool check_free)
1173 {
1174         int bad = 0;
1175
1176         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1177
1178         trace_mm_page_free(page, order);
1179
1180         /*
1181          * Check tail pages before head page information is cleared to
1182          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1183          */
1184         if (unlikely(order)) {
1185                 bool compound = PageCompound(page);
1186                 int i;
1187
1188                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1189
1190                 if (compound)
1191                         ClearPageDoubleMap(page);
1192                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1193                         if (compound)
1194                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1195                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1196                                 bad++;
1197                                 continue;
1198                         }
1199                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1200                 }
1201         }
1202         if (PageMappingFlags(page))
1203                 page->mapping = NULL;
1204         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1205                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1206         if (check_free)
1207                 bad += free_pages_check(page);
1208         if (bad)
1209                 return false;
1210
1211         page_cpupid_reset_last(page);
1212         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1213         reset_page_owner(page, order);
1214
1215         if (!PageHighMem(page)) {
1216                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1217                                            PAGE_SIZE << order);
1218                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1219                                            PAGE_SIZE << order);
1220         }
1221         if (want_init_on_free())
1222                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1223
1224         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1225         /*
1226          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1227          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1228          * happen after this.
1229          */
1230         arch_free_page(page, order);
1231
1232         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1233                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1234
1235         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1236
1237         return true;
1238 }
1239
1240 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1241 /*
1242  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1243  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1244  * moved from pcp lists to free lists.
1245  */
1246 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1247 {
1248         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1249 }
1250
1251 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1252 {
1253         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1254                 return free_pages_check(page);
1255         else
1256                 return false;
1257 }
1258 #else
1259 /*
1260  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1261  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1262  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1263  * to the pcp lists.
1264  */
1265 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1266 {
1267         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1268                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1269         else
1270                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1271 }
1272
1273 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1274 {
1275         return free_pages_check(page);
1276 }
1277 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1278
1279 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1280 {
1281         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1282         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1283         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1284
1285         prefetch(buddy);
1286 }
1287
1288 /*
1289  * Frees a number of pages from the PCP lists
1290  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1291  * count is the number of pages to free.
1292  *
1293  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1294  * see if this freeing clears that state.
1295  *
1296  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1297  * pinned" detection logic.
1298  */
1299 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1300                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1301 {
1302         int migratetype = 0;
1303         int batch_free = 0;
1304         int prefetch_nr = 0;
1305         bool isolated_pageblocks;
1306         struct page *page, *tmp;
1307         LIST_HEAD(head);
1308
1309         while (count) {
1310                 struct list_head *list;
1311
1312                 /*
1313                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1314                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1315                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1316                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1317                  * lists
1318                  */
1319                 do {
1320                         batch_free++;
1321                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1322                                 migratetype = 0;
1323                         list = &pcp->lists[migratetype];
1324                 } while (list_empty(list));
1325
1326                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1327                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1328                         batch_free = count;
1329
1330                 do {
1331                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1332                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1333                         list_del(&page->lru);
1334                         pcp->count--;
1335
1336                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1337                                 continue;
1338
1339                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1340
1341                         /*
1342                          * We are going to put the page back to the global
1343                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1344                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1345                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1346                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1347                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1348                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1349                          */
1350                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1351                                 prefetch_buddy(page);
1352                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1353         }
1354
1355         spin_lock(&zone->lock);
1356         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1357
1358         /*
1359          * Use safe version since after __free_one_page(),
1360          * page->lru.next will not point to original list.
1361          */
1362         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1363                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1364                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1365                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1366                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1367                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1368                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1369
1370                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt, true);
1371                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1372         }
1373         spin_unlock(&zone->lock);
1374 }
1375
1376 static void free_one_page(struct zone *zone,
1377                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1378                                 unsigned int order,
1379                                 int migratetype)
1380 {
1381         spin_lock(&zone->lock);
1382         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1383                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1384                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1385         }
1386         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, true);
1387         spin_unlock(&zone->lock);
1388 }
1389
1390 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1391                                 unsigned long zone, int nid)
1392 {
1393         mm_zero_struct_page(page);
1394         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1395         init_page_count(page);
1396         page_mapcount_reset(page);
1397         page_cpupid_reset_last(page);
1398         page_kasan_tag_reset(page);
1399
1400         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1401 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1402         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1403         if (!is_highmem_idx(zone))
1404                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1405 #endif
1406 }
1407
1408 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1409 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1410 {
1411         pg_data_t *pgdat;
1412         int nid, zid;
1413
1414         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1415                 return;
1416
1417         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1418         pgdat = NODE_DATA(nid);
1419
1420         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1421                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1422
1423                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1424                         break;
1425         }
1426         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1427 }
1428 #else
1429 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1430 {
1431 }
1432 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1433
1434 /*
1435  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1436  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1437  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1438  * sent to the buddy page allocator.
1439  */
1440 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1441 {
1442         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1443         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1444
1445         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1446                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1447                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1448
1449                         init_reserved_page(start_pfn);
1450
1451                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1452                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1453
1454                         /*
1455                          * no need for atomic set_bit because the struct
1456                          * page is not visible yet so nobody should
1457                          * access it yet.
1458                          */
1459                         __SetPageReserved(page);
1460                 }
1461         }
1462 }
1463
1464 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1465 {
1466         unsigned long flags;
1467         int migratetype;
1468         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1469
1470         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1471                 return;
1472
1473         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1474         local_irq_save(flags);
1475         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1476         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1477         local_irq_restore(flags);
1478 }
1479
1480 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1481 {
1482         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1483         struct page *p = page;
1484         unsigned int loop;
1485
1486         prefetchw(p);
1487         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1488                 prefetchw(p + 1);
1489                 __ClearPageReserved(p);
1490                 set_page_count(p, 0);
1491         }
1492         __ClearPageReserved(p);
1493         set_page_count(p, 0);
1494
1495         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1496         set_page_refcounted(page);
1497         __free_pages(page, order);
1498 }
1499
1500 #ifdef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
1501
1502 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1503
1504 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
1505
1506 /*
1507  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1508  */
1509 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1510                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1511 {
1512         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1513         int nid;
1514
1515         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1516                 return state->last_nid;
1517
1518         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1519         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1520                 state->last_start = start_pfn;
1521                 state->last_end = end_pfn;
1522                 state->last_nid = nid;
1523         }
1524
1525         return nid;
1526 }
1527 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
1528
1529 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1530 {
1531         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1532         int nid;
1533
1534         spin_lock(&early_pfn_lock);
1535         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1536         if (nid < 0)
1537                 nid = first_online_node;
1538         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1539
1540         return nid;
1541 }
1542 #endif /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1543
1544 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1545                                                         unsigned int order)
1546 {
1547         if (early_page_uninitialised(pfn))
1548                 return;
1549         __free_pages_core(page, order);
1550 }
1551
1552 /*
1553  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1554  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1555  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1556  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1557  * pageblocks.
1558  *
1559  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1560  *
1561  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1562  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1563  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1564  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1565  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1566  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1567  * page in a pageblock.
1568  */
1569 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1570                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1571 {
1572         struct page *start_page;
1573         struct page *end_page;
1574
1575         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1576         end_pfn--;
1577
1578         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1579                 return NULL;
1580
1581         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1582         if (!start_page)
1583                 return NULL;
1584
1585         if (page_zone(start_page) != zone)
1586                 return NULL;
1587
1588         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1589
1590         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1591         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1592                 return NULL;
1593
1594         return start_page;
1595 }
1596
1597 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1598 {
1599         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1600         unsigned long block_end_pfn;
1601
1602         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1603         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1604                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1605                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1606
1607                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1608
1609                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1610                                              block_end_pfn, zone))
1611                         return;
1612                 cond_resched();
1613         }
1614
1615         /* We confirm that there is no hole */
1616         zone->contiguous = true;
1617 }
1618
1619 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1620 {
1621         zone->contiguous = false;
1622 }
1623
1624 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1625 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1626                                        unsigned long nr_pages)
1627 {
1628         struct page *page;
1629         unsigned long i;
1630
1631         if (!nr_pages)
1632                 return;
1633
1634         page = pfn_to_page(pfn);
1635
1636         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1637         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1638             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1639                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1640                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1641                 return;
1642         }
1643
1644         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1645                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1646                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1647                 __free_pages_core(page, 0);
1648         }
1649 }
1650
1651 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1652 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1653 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1654
1655 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1656 {
1657         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1658                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1659 }
1660
1661 /*
1662  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1663  *
1664  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1665  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1666  * function is optimized out.
1667  *
1668  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1669  * of the head pfn.
1670  */
1671 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1672 {
1673         if (!pfn_valid_within(pfn))
1674                 return false;
1675         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1676                 return false;
1677         return true;
1678 }
1679
1680 /*
1681  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1682  * pageblock_nr_pages sizes.
1683  */
1684 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1685                                        unsigned long end_pfn)
1686 {
1687         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1688         unsigned long nr_free = 0;
1689
1690         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1691                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1692                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1693                         nr_free = 0;
1694                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1695                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1696                         nr_free = 1;
1697                         touch_nmi_watchdog();
1698                 } else {
1699                         nr_free++;
1700                 }
1701         }
1702         /* Free the last block of pages to allocator */
1703         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1704 }
1705
1706 /*
1707  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1708  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1709  * Return number of pages initialized.
1710  */
1711 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1712                                                  unsigned long pfn,
1713                                                  unsigned long end_pfn)
1714 {
1715         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1716         int nid = zone_to_nid(zone);
1717         unsigned long nr_pages = 0;
1718         int zid = zone_idx(zone);
1719         struct page *page = NULL;
1720
1721         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1722                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1723                         page = NULL;
1724                         continue;
1725                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1726                         page = pfn_to_page(pfn);
1727                         touch_nmi_watchdog();
1728                 } else {
1729                         page++;
1730                 }
1731                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1732                 nr_pages++;
1733         }
1734         return (nr_pages);
1735 }
1736
1737 /*
1738  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1739  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1740  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1741  * return false indicating there are no valid ranges left.
1742  */
1743 static bool __init
1744 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1745                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1746                                     unsigned long first_init_pfn)
1747 {
1748         u64 j;
1749
1750         /*
1751          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1752          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1753          * so we just need to flush them out of the system.
1754          */
1755         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1756                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1757                         continue;
1758                 if (*spfn < first_init_pfn)
1759                         *spfn = first_init_pfn;
1760                 *i = j;
1761                 return true;
1762         }
1763
1764         return false;
1765 }
1766
1767 /*
1768  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1769  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1770  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1771  * page in __free_one_page()).
1772  *
1773  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1774  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1775  * any issues with the buddy page computation.
1776  */
1777 static unsigned long __init
1778 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1779                        unsigned long *end_pfn)
1780 {
1781         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1782         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1783         unsigned long nr_pages = 0;
1784         u64 j = *i;
1785
1786         /* First we loop through and initialize the page values */
1787         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1788                 unsigned long t;
1789
1790                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1791                         break;
1792
1793                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1794                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1795
1796                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1797                         *start_pfn = mo_pfn;
1798                         break;
1799                 }
1800         }
1801
1802         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1803         swap(j, *i);
1804
1805         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1806                 unsigned long t;
1807
1808                 if (mo_pfn <= spfn)
1809                         break;
1810
1811                 t = min(mo_pfn, epfn);
1812                 deferred_free_pages(spfn, t);
1813
1814                 if (mo_pfn <= epfn)
1815                         break;
1816         }
1817
1818         return nr_pages;
1819 }
1820
1821 /* Initialise remaining memory on a node */
1822 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1823 {
1824         pg_data_t *pgdat = data;
1825         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1826         unsigned long spfn = 0, epfn = 0, nr_pages = 0;
1827         unsigned long first_init_pfn, flags;
1828         unsigned long start = jiffies;
1829         struct zone *zone;
1830         int zid;
1831         u64 i;
1832
1833         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1834         if (!cpumask_empty(cpumask))
1835                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1836
1837         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1838         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1839         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1840                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1841                 pgdat_init_report_one_done();
1842                 return 0;
1843         }
1844
1845         /* Sanity check boundaries */
1846         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1847         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1848         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1849
1850         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1851         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1852                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1853                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1854                         break;
1855         }
1856
1857         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1858         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1859                                                  first_init_pfn))
1860                 goto zone_empty;
1861
1862         /*
1863          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1864          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1865          * allocator.
1866          */
1867         while (spfn < epfn)
1868                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1869 zone_empty:
1870         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1871
1872         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1873         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1874
1875         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n",
1876                 pgdat->node_id, nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1877
1878         pgdat_init_report_one_done();
1879         return 0;
1880 }
1881
1882 /*
1883  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1884  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1885  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1886  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1887  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1888  *
1889  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1890  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1891  * enough pages to satisfy the allocation.
1892  *
1893  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1894  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1895  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1896  */
1897 static noinline bool __init
1898 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1899 {
1900         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1901         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1902         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1903         unsigned long spfn, epfn, flags;
1904         unsigned long nr_pages = 0;
1905         u64 i;
1906
1907         /* Only the last zone may have deferred pages */
1908         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1909                 return false;
1910
1911         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1912
1913         /*
1914          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1915          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1916          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1917          * has this static branch.
1918          */
1919         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1920                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1921                 return true;
1922         }
1923
1924         /*
1925          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1926          * true, as there might be enough pages already.
1927          */
1928         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1929                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1930                 return true;
1931         }
1932
1933         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1934         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1935                                                  first_deferred_pfn)) {
1936                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1937                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1938                 /* Retry only once. */
1939                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1940         }
1941
1942         /*
1943          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1944          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1945          * allocator.
1946          */
1947         while (spfn < epfn) {
1948                 /* update our first deferred PFN for this section */
1949                 first_deferred_pfn = spfn;
1950
1951                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1952
1953                 /* We should only stop along section boundaries */
1954                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1955                         continue;
1956
1957                 /* If our quota has been met we can stop here */
1958                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1959                         break;
1960         }
1961
1962         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1963         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1964
1965         return nr_pages > 0;
1966 }
1967
1968 /*
1969  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1970  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1971  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1972  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1973  */
1974 static bool __ref
1975 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1976 {
1977         return deferred_grow_zone(zone, order);
1978 }
1979
1980 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1981
1982 void __init page_alloc_init_late(void)
1983 {
1984         struct zone *zone;
1985         int nid;
1986
1987 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1988
1989         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1990         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1991         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1992                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1993         }
1994
1995         /* Block until all are initialised */
1996         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1997
1998         /*
1999          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
2000          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
2001          * will be artificially small.
2002          */
2003         for_each_populated_zone(zone)
2004                 zone_pcp_update(zone);
2005
2006         /*
2007          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2008          * on-demand struct page initialization.
2009          */
2010         static_branch_disable(&deferred_pages);
2011
2012         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2013         files_maxfiles_init();
2014 #endif
2015
2016         /* Discard memblock private memory */
2017         memblock_discard();
2018
2019         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2020                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2021
2022         for_each_populated_zone(zone)
2023                 set_zone_contiguous(zone);
2024 }
2025
2026 #ifdef CONFIG_CMA
2027 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2028 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2029 {
2030         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2031         struct page *p = page;
2032
2033         do {
2034                 __ClearPageReserved(p);
2035                 set_page_count(p, 0);
2036         } while (++p, --i);
2037
2038         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2039
2040         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2041                 i = pageblock_nr_pages;
2042                 p = page;
2043                 do {
2044                         set_page_refcounted(p);
2045                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2046                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2047                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2048         } else {
2049                 set_page_refcounted(page);
2050                 __free_pages(page, pageblock_order);
2051         }
2052
2053         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2054 }
2055 #endif
2056
2057 /*
2058  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2059  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2060  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2061  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2062  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2063  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2064  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2065  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2066  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2067  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2068  *
2069  * -- nyc
2070  */
2071 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2072         int low, int high, int migratetype)
2073 {
2074         unsigned long size = 1 << high;
2075
2076         while (high > low) {
2077                 high--;
2078                 size >>= 1;
2079                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2080
2081                 /*
2082                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2083                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2084                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2085                  * pages will stay not present in virtual address space
2086                  */
2087                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2088                         continue;
2089
2090                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2091                 set_page_order(&page[size], high);
2092         }
2093 }
2094
2095 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2096 {
2097         const char *bad_reason = NULL;
2098         unsigned long bad_flags = 0;
2099
2100         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
2101                 bad_reason = "nonzero mapcount";
2102         if (unlikely(page->mapping != NULL))
2103                 bad_reason = "non-NULL mapping";
2104         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
2105                 bad_reason = "nonzero _refcount";
2106         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2107                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
2108                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
2109                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2110                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2111                 return;
2112         }
2113         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
2114                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
2115                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
2116         }
2117 #ifdef CONFIG_MEMCG
2118         if (unlikely(page->mem_cgroup))
2119                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
2120 #endif
2121         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
2122 }
2123
2124 /*
2125  * This page is about to be returned from the page allocator
2126  */
2127 static inline int check_new_page(struct page *page)
2128 {
2129         if (likely(page_expected_state(page,
2130                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2131                 return 0;
2132
2133         check_new_page_bad(page);
2134         return 1;
2135 }
2136
2137 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2138 {
2139         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2140                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2141 }
2142
2143 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2144 /*
2145  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2146  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2147  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2148  */
2149 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2150 {
2151         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2152                 return check_new_page(page);
2153         else
2154                 return false;
2155 }
2156
2157 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2158 {
2159         return check_new_page(page);
2160 }
2161 #else
2162 /*
2163  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2164  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2165  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2166  */
2167 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2168 {
2169         return check_new_page(page);
2170 }
2171 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2172 {
2173         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2174                 return check_new_page(page);
2175         else
2176                 return false;
2177 }
2178 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2179
2180 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2181 {
2182         int i;
2183         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2184                 struct page *p = page + i;
2185
2186                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2187                         return true;
2188         }
2189
2190         return false;
2191 }
2192
2193 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2194                                 gfp_t gfp_flags)
2195 {
2196         set_page_private(page, 0);
2197         set_page_refcounted(page);
2198
2199         arch_alloc_page(page, order);
2200         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2201                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2202         kasan_alloc_pages(page, order);
2203         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2204         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2205 }
2206
2207 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2208                                                         unsigned int alloc_flags)
2209 {
2210         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2211
2212         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2213                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2214
2215         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2216                 prep_compound_page(page, order);
2217
2218         /*
2219          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2220          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2221          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2222          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2223          */
2224         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2225                 set_page_pfmemalloc(page);
2226         else
2227                 clear_page_pfmemalloc(page);
2228 }
2229
2230 /*
2231  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2232  * the smallest available page from the freelists
2233  */
2234 static __always_inline
2235 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2236                                                 int migratetype)
2237 {
2238         unsigned int current_order;
2239         struct free_area *area;
2240         struct page *page;
2241
2242         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2243         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2244                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2245                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2246                 if (!page)
2247                         continue;
2248                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2249                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2250                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2251                 return page;
2252         }
2253
2254         return NULL;
2255 }
2256
2257
2258 /*
2259  * This array describes the order lists are fallen back to when
2260  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2261  */
2262 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2263         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2264         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2265         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2266 #ifdef CONFIG_CMA
2267         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2268 #endif
2269 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2270         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2271 #endif
2272 };
2273
2274 #ifdef CONFIG_CMA
2275 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2276                                         unsigned int order)
2277 {
2278         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2279 }
2280 #else
2281 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2282                                         unsigned int order) { return NULL; }
2283 #endif
2284
2285 /*
2286  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2287  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2288  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2289  */
2290 static int move_freepages(struct zone *zone,
2291                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2292                           int migratetype, int *num_movable)
2293 {
2294         struct page *page;
2295         unsigned int order;
2296         int pages_moved = 0;
2297
2298         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2299                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2300                         page++;
2301                         continue;
2302                 }
2303
2304                 if (!PageBuddy(page)) {
2305                         /*
2306                          * We assume that pages that could be isolated for
2307                          * migration are movable. But we don't actually try
2308                          * isolating, as that would be expensive.
2309                          */
2310                         if (num_movable &&
2311                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2312                                 (*num_movable)++;
2313
2314                         page++;
2315                         continue;
2316                 }
2317
2318                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2319                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2320                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2321
2322                 order = page_order(page);
2323                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2324                 page += 1 << order;
2325                 pages_moved += 1 << order;
2326         }
2327
2328         return pages_moved;
2329 }
2330
2331 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2332                                 int migratetype, int *num_movable)
2333 {
2334         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2335         struct page *start_page, *end_page;
2336
2337         if (num_movable)
2338                 *num_movable = 0;
2339
2340         start_pfn = page_to_pfn(page);
2341         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2342         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2343         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2344         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2345
2346         /* Do not cross zone boundaries */
2347         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2348                 start_page = page;
2349         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2350                 return 0;
2351
2352         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2353                                                                 num_movable);
2354 }
2355
2356 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2357                                         int start_order, int migratetype)
2358 {
2359         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2360
2361         while (nr_pageblocks--) {
2362                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2363                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2364         }
2365 }
2366
2367 /*
2368  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2369  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2370  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2371  *
2372  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2373  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2374  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2375  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2376  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2377  * pageblocks.
2378  */
2379 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2380 {
2381         /*
2382          * Leaving this order check is intended, although there is
2383          * relaxed order check in next check. The reason is that
2384          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2385          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2386          * so could be changed anytime.
2387          */
2388         if (order >= pageblock_order)
2389                 return true;
2390
2391         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2392                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2393                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2394                 page_group_by_mobility_disabled)
2395                 return true;
2396
2397         return false;
2398 }
2399
2400 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2401 {
2402         unsigned long max_boost;
2403
2404         if (!watermark_boost_factor)
2405                 return;
2406         /*
2407          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2408          * On small machines, including kdump capture kernels running
2409          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2410          * memory situation immediately.
2411          */
2412         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2413                 return;
2414
2415         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2416                         watermark_boost_factor, 10000);
2417
2418         /*
2419          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2420          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2421          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2422          * allocations that early means that reclaim is not going
2423          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2424          * boosted watermark resulting in a hang.
2425          */
2426         if (!max_boost)
2427                 return;
2428
2429         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2430
2431         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2432                 max_boost);
2433 }
2434
2435 /*
2436  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2437  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2438  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2439  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2440  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2441  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2442  */
2443 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2444                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2445 {
2446         unsigned int current_order = page_order(page);
2447         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2448         int old_block_type;
2449
2450         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2451
2452         /*
2453          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2454          * highatomic accounting.
2455          */
2456         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2457                 goto single_page;
2458
2459         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2460         if (current_order >= pageblock_order) {
2461                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2462                 goto single_page;
2463         }
2464
2465         /*
2466          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2467          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2468          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2469          */
2470         boost_watermark(zone);
2471         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2472                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2473
2474         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2475         if (!whole_block)
2476                 goto single_page;
2477
2478         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2479                                                 &movable_pages);
2480         /*
2481          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2482          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2483          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2484          */
2485         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2486                 alike_pages = movable_pages;
2487         } else {
2488                 /*
2489                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2490                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2491                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2492                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2493                  * exact migratetype of non-movable pages.
2494                  */
2495                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2496                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2497                                                 - (free_pages + movable_pages);
2498                 else
2499                         alike_pages = 0;
2500         }
2501
2502         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2503         if (!free_pages)
2504                 goto single_page;
2505
2506         /*
2507          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2508          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2509          */
2510         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2511                         page_group_by_mobility_disabled)
2512                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2513
2514         return;
2515
2516 single_page:
2517         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2518 }
2519
2520 /*
2521  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2522  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2523  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2524  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2525  */
2526 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2527                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2528 {
2529         int i;
2530         int fallback_mt;
2531
2532         if (area->nr_free == 0)
2533                 return -1;
2534
2535         *can_steal = false;
2536         for (i = 0;; i++) {
2537                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2538                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2539                         break;
2540
2541                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2542                         continue;
2543
2544                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2545                         *can_steal = true;
2546
2547                 if (!only_stealable)
2548                         return fallback_mt;
2549
2550                 if (*can_steal)
2551                         return fallback_mt;
2552         }
2553
2554         return -1;
2555 }
2556
2557 /*
2558  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2559  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2560  */
2561 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2562                                 unsigned int alloc_order)
2563 {
2564         int mt;
2565         unsigned long max_managed, flags;
2566
2567         /*
2568          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2569          * Check is race-prone but harmless.
2570          */
2571         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2572         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2573                 return;
2574
2575         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2576
2577         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2578         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2579                 goto out_unlock;
2580
2581         /* Yoink! */
2582         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2583         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2584             && !is_migrate_cma(mt)) {
2585                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2586                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2587                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2588         }
2589
2590 out_unlock:
2591         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2592 }
2593
2594 /*
2595  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2596  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2597  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2598  * to recover from than an OOM.
2599  *
2600  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2601  * pageblock is exhausted.
2602  */
2603 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2604                                                 bool force)
2605 {
2606         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2607         unsigned long flags;
2608         struct zoneref *z;
2609         struct zone *zone;
2610         struct page *page;
2611         int order;
2612         bool ret;
2613
2614         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2615                                                                 ac->nodemask) {
2616                 /*
2617                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2618                  * is really high.
2619                  */
2620                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2621                                         pageblock_nr_pages)
2622                         continue;
2623
2624                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2625                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2626                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2627
2628                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2629                         if (!page)
2630                                 continue;
2631
2632                         /*
2633                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2634                          * we can counter several free pages in a pageblock
2635                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2636                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2637                          * adjust the count once.
2638                          */
2639                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2640                                 /*
2641                                  * It should never happen but changes to
2642                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2643                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2644                                  * while unreserving so be safe and watch for
2645                                  * underflows.
2646                                  */
2647                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2648                                                 pageblock_nr_pages,
2649                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2650                         }
2651
2652                         /*
2653                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2654                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2655                          * is doing the work and needs the pages. More
2656                          * importantly, if the block was always converted to
2657                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2658                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2659                          * may increase.
2660                          */
2661                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2662                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2663                                                                         NULL);
2664                         if (ret) {
2665                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2666                                 return ret;
2667                         }
2668                 }
2669                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2670         }
2671
2672         return false;
2673 }
2674
2675 /*
2676  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2677  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2678  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2679  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2680  *
2681  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2682  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2683  * condition simpler.
2684  */
2685 static __always_inline bool
2686 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2687                                                 unsigned int alloc_flags)
2688 {
2689         struct free_area *area;
2690         int current_order;
2691         int min_order = order;
2692         struct page *page;
2693         int fallback_mt;
2694         bool can_steal;
2695
2696         /*
2697          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2698          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2699          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2700          */
2701         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2702                 min_order = pageblock_order;
2703
2704         /*
2705          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2706          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2707          * would be too costly to do exactly.
2708          */
2709         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2710                                 --current_order) {
2711                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2712                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2713                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2714                 if (fallback_mt == -1)
2715                         continue;
2716
2717                 /*
2718                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2719                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2720                  * steal and split the smallest available page instead of the
2721                  * largest available page, because even if the next movable
2722                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2723                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2724                  */
2725                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2726                                         && current_order > order)
2727                         goto find_smallest;
2728
2729                 goto do_steal;
2730         }
2731
2732         return false;
2733
2734 find_smallest:
2735         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2736                                                         current_order++) {
2737                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2738                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2739                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2740                 if (fallback_mt != -1)
2741                         break;
2742         }
2743
2744         /*
2745          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2746          * when looking for the largest page.
2747          */
2748         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2749
2750 do_steal:
2751         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2752
2753         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2754                                                                 can_steal);
2755
2756         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2757                 start_migratetype, fallback_mt);
2758
2759         return true;
2760
2761 }
2762
2763 /*
2764  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2765  * Call me with the zone->lock already held.
2766  */
2767 static __always_inline struct page *
2768 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2769                                                 unsigned int alloc_flags)
2770 {
2771         struct page *page;
2772
2773 retry:
2774         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2775         if (unlikely(!page)) {
2776                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2777                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2778
2779                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2780                                                                 alloc_flags))
2781                         goto retry;
2782         }
2783
2784         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2785         return page;
2786 }
2787
2788 /*
2789  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2790  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2791  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2792  */
2793 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2794                         unsigned long count, struct list_head *list,
2795                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2796 {
2797         int i, alloced = 0;
2798
2799         spin_lock(&zone->lock);
2800         for (i = 0; i < count; ++i) {
2801                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2802                                                                 alloc_flags);
2803                 if (unlikely(page == NULL))
2804                         break;
2805
2806                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2807                         continue;
2808
2809                 /*
2810                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2811                  * physical page order. The page is added to the tail of
2812                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2813                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2814                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2815                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2816                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2817                  * pages are ordered properly.
2818                  */
2819                 list_add_tail(&page->lru, list);
2820                 alloced++;
2821                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2822                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2823                                               -(1 << order));
2824         }
2825
2826         /*
2827          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2828          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2829          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2830          * pages added to the pcp list.
2831          */
2832         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2833         spin_unlock(&zone->lock);
2834         return alloced;
2835 }
2836
2837 #ifdef CONFIG_NUMA
2838 /*
2839  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2840  * currently executing processor on remote nodes after they have
2841  * expired.
2842  *
2843  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2844  * a single processor.
2845  */
2846 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2847 {
2848         unsigned long flags;
2849         int to_drain, batch;
2850
2851         local_irq_save(flags);
2852         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2853         to_drain = min(pcp->count, batch);
2854         if (to_drain > 0)
2855                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2856         local_irq_restore(flags);
2857 }
2858 #endif
2859
2860 /*
2861  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2862  *
2863  * The processor must either be the current processor and the
2864  * thread pinned to the current processor or a processor that
2865  * is not online.
2866  */
2867 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2868 {
2869         unsigned long flags;
2870         struct per_cpu_pageset *pset;
2871         struct per_cpu_pages *pcp;
2872
2873         local_irq_save(flags);
2874         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2875
2876         pcp = &pset->pcp;
2877         if (pcp->count)
2878                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2879         local_irq_restore(flags);
2880 }
2881
2882 /*
2883  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2884  *
2885  * The processor must either be the current processor and the
2886  * thread pinned to the current processor or a processor that
2887  * is not online.
2888  */
2889 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2890 {
2891         struct zone *zone;
2892
2893         for_each_populated_zone(zone) {
2894                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2895         }
2896 }
2897
2898 /*
2899  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2900  *
2901  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2902  * the single zone's pages.
2903  */
2904 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2905 {
2906         int cpu = smp_processor_id();
2907
2908         if (zone)
2909                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2910         else
2911                 drain_pages(cpu);
2912 }
2913
2914 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2915 {
2916         struct pcpu_drain *drain;
2917
2918         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2919
2920         /*
2921          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2922          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2923          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2924          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2925          * a different one.
2926          */
2927         preempt_disable();
2928         drain_local_pages(drain->zone);
2929         preempt_enable();
2930 }
2931
2932 /*
2933  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2934  *
2935  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2936  *
2937  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2938  */
2939 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2940 {
2941         int cpu;
2942
2943         /*
2944          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2945          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2946          */
2947         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2948
2949         /*
2950          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2951          * initialized.
2952          */
2953         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2954                 return;
2955
2956         /*
2957          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2958          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2959          * the drain to be complete when the call returns.
2960          */
2961         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2962                 if (!zone)
2963                         return;
2964                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2965         }
2966
2967         /*
2968          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2969          * as offline notification will cause the notified
2970          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2971          * disables preemption as part of its processing
2972          */
2973         for_each_online_cpu(cpu) {
2974                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2975                 struct zone *z;
2976                 bool has_pcps = false;
2977
2978                 if (zone) {
2979                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2980                         if (pcp->pcp.count)
2981                                 has_pcps = true;
2982                 } else {
2983                         for_each_populated_zone(z) {
2984                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2985                                 if (pcp->pcp.count) {
2986                                         has_pcps = true;
2987                                         break;
2988                                 }
2989                         }
2990                 }
2991
2992                 if (has_pcps)
2993                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2994                 else
2995                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2996         }
2997
2998         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2999                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3000
3001                 drain->zone = zone;
3002                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3003                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3004         }
3005         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3006                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3007
3008         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3009 }
3010
3011 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3012
3013 /*
3014  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3015  */
3016 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3017
3018 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3019 {
3020         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3021         unsigned long flags;
3022         unsigned int order, t;
3023         struct page *page;
3024
3025         if (zone_is_empty(zone))
3026                 return;
3027
3028         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3029
3030         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3031         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3032                 if (pfn_valid(pfn)) {
3033                         page = pfn_to_page(pfn);
3034
3035                         if (!--page_count) {
3036                                 touch_nmi_watchdog();
3037                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3038                         }
3039
3040                         if (page_zone(page) != zone)
3041                                 continue;
3042
3043                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3044                                 swsusp_unset_page_free(page);
3045                 }
3046
3047         for_each_migratetype_order(order, t) {
3048                 list_for_each_entry(page,
3049                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3050                         unsigned long i;
3051
3052                         pfn = page_to_pfn(page);
3053                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3054                                 if (!--page_count) {
3055                                         touch_nmi_watchdog();
3056                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3057                                 }
3058                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3059                         }
3060                 }
3061         }
3062         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3063 }
3064 #endif /* CONFIG_PM */
3065
3066 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3067 {
3068         int migratetype;
3069
3070         if (!free_pcp_prepare(page))
3071                 return false;
3072
3073         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3074         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3075         return true;
3076 }
3077
3078 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3079 {
3080         struct zone *zone = page_zone(page);
3081         struct per_cpu_pages *pcp;
3082         int migratetype;
3083
3084         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3085         __count_vm_event(PGFREE);
3086
3087         /*
3088          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3089          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3090          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3091          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3092          * excessively into the page allocator
3093          */
3094         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3095                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3096                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
3097                         return;
3098                 }
3099                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3100         }
3101
3102         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3103         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3104         pcp->count++;
3105         if (pcp->count >= pcp->high) {
3106                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3107                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3108         }
3109 }
3110
3111 /*
3112  * Free a 0-order page
3113  */
3114 void free_unref_page(struct page *page)
3115 {
3116         unsigned long flags;
3117         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3118
3119         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3120                 return;
3121
3122         local_irq_save(flags);
3123         free_unref_page_commit(page, pfn);
3124         local_irq_restore(flags);
3125 }
3126
3127 /*
3128  * Free a list of 0-order pages
3129  */
3130 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3131 {
3132         struct page *page, *next;
3133         unsigned long flags, pfn;
3134         int batch_count = 0;
3135
3136         /* Prepare pages for freeing */
3137         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3138                 pfn = page_to_pfn(page);
3139                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3140                         list_del(&page->lru);
3141                 set_page_private(page, pfn);
3142         }
3143
3144         local_irq_save(flags);
3145         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3146                 unsigned long pfn = page_private(page);
3147
3148                 set_page_private(page, 0);
3149                 trace_mm_page_free_batched(page);
3150                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3151
3152                 /*
3153                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3154                  * a large list of pages to free.
3155                  */
3156                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3157                         local_irq_restore(flags);
3158                         batch_count = 0;
3159                         local_irq_save(flags);
3160                 }
3161         }
3162         local_irq_restore(flags);
3163 }
3164
3165 /*
3166  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3167  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3168  * Each sub-page must be freed individually.
3169  *
3170  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3171  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3172  */
3173 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3174 {
3175         int i;
3176
3177         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3178         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3179
3180         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3181                 set_page_refcounted(page + i);
3182         split_page_owner(page, order);
3183 }
3184 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3185
3186 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3187 {
3188         unsigned long watermark;
3189         struct zone *zone;
3190         int mt;
3191
3192         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3193
3194         zone = page_zone(page);
3195         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3196
3197         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3198                 /*
3199                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3200                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3201                  * watermark, because we already know our high-order page
3202                  * exists.
3203                  */
3204                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3205                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3206                         return 0;
3207
3208                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3209         }
3210
3211         /* Remove page from free list */
3212
3213         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3214
3215         /*
3216          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3217          * pageblock
3218          */
3219         if (order >= pageblock_order - 1) {
3220                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3221                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3222                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3223                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3224                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3225                                 set_pageblock_migratetype(page,
3226                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3227                 }
3228         }
3229
3230
3231         return 1UL << order;
3232 }
3233
3234 /**
3235  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3236  * @page: Page that was isolated
3237  * @order: Order of the isolated page
3238  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3239  *
3240  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3241  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3242  */
3243 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3244 {
3245         struct zone *zone = page_zone(page);
3246
3247         /* zone lock should be held when this function is called */
3248         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3249
3250         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3251         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, false);
3252 }
3253
3254 /*
3255  * Update NUMA hit/miss statistics
3256  *
3257  * Must be called with interrupts disabled.
3258  */
3259 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3260 {
3261 #ifdef CONFIG_NUMA
3262         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3263
3264         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3265         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3266                 return;
3267
3268         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3269                 local_stat = NUMA_OTHER;
3270
3271         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3272                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3273         else {
3274                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3275                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3276         }
3277         __inc_numa_state(z, local_stat);
3278 #endif
3279 }
3280
3281 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3282 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3283                         unsigned int alloc_flags,
3284                         struct per_cpu_pages *pcp,
3285                         struct list_head *list)
3286 {
3287         struct page *page;
3288
3289         do {
3290                 if (list_empty(list)) {
3291                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3292                                         pcp->batch, list,
3293                                         migratetype, alloc_flags);
3294                         if (unlikely(list_empty(list)))
3295                                 return NULL;
3296                 }
3297
3298                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3299                 list_del(&page->lru);
3300                 pcp->count--;
3301         } while (check_new_pcp(page));
3302
3303         return page;
3304 }
3305
3306 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3307 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3308                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3309                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3310 {
3311         struct per_cpu_pages *pcp;
3312         struct list_head *list;
3313         struct page *page;
3314         unsigned long flags;
3315
3316         local_irq_save(flags);
3317         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3318         list = &pcp->lists[migratetype];
3319         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3320         if (page) {
3321                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3322                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3323         }
3324         local_irq_restore(flags);
3325         return page;
3326 }
3327
3328 /*
3329  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3330  */
3331 static inline
3332 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3333                         struct zone *zone, unsigned int order,
3334                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3335                         int migratetype)
3336 {
3337         unsigned long flags;
3338         struct page *page;
3339
3340         if (likely(order == 0)) {
3341                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3342                                         migratetype, alloc_flags);
3343                 goto out;
3344         }
3345
3346         /*
3347          * We most definitely don't want callers attempting to
3348          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3349          */
3350         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3351         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3352
3353         do {
3354                 page = NULL;
3355                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3356                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3357                         if (page)
3358                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3359                 }
3360                 if (!page)
3361                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3362         } while (page && check_new_pages(page, order));
3363         spin_unlock(&zone->lock);
3364         if (!page)
3365                 goto failed;
3366         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3367                                   get_pcppage_migratetype(page));
3368
3369         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3370         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3371         local_irq_restore(flags);
3372
3373 out:
3374         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3375         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3376                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3377                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3378         }
3379
3380         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3381         return page;
3382
3383 failed:
3384         local_irq_restore(flags);
3385         return NULL;
3386 }
3387
3388 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3389
3390 static struct {
3391         struct fault_attr attr;
3392
3393         bool ignore_gfp_highmem;
3394         bool ignore_gfp_reclaim;
3395         u32 min_order;
3396 } fail_page_alloc = {
3397         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3398         .ignore_gfp_reclaim = true,
3399         .ignore_gfp_highmem = true,
3400         .min_order = 1,
3401 };
3402
3403 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3404 {
3405         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3406 }
3407 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3408
3409 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3410 {
3411         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3412                 return false;
3413         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3414                 return false;
3415         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3416                 return false;
3417         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3418                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3419                 return false;
3420
3421         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3422 }
3423
3424 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3425
3426 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3427 {
3428         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3429         struct dentry *dir;
3430
3431         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3432                                         &fail_page_alloc.attr);
3433
3434         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3435                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3436         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3437                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3438         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3439
3440         return 0;
3441 }
3442
3443 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3444
3445 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3446
3447 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3448
3449 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3450 {
3451         return false;
3452 }
3453
3454 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3455
3456 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3457 {
3458         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3459 }
3460 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3461
3462 /*
3463  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3464  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3465  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3466  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3467  */
3468 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3469                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3470                          long free_pages)
3471 {
3472         long min = mark;
3473         int o;
3474         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3475
3476         /* free_pages may go negative - that's OK */
3477         free_pages -= (1 << order) - 1;
3478
3479         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3480                 min -= min / 2;
3481
3482         /*
3483          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3484          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3485          * atomic reserve but it avoids a search.
3486          */
3487         if (likely(!alloc_harder)) {
3488                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3489         } else {
3490                 /*
3491                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3492                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3493                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3494                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3495                  */
3496                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3497                         min -= min / 2;
3498                 else
3499                         min -= min / 4;
3500         }
3501
3502
3503 #ifdef CONFIG_CMA
3504         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3505         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3506                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3507 #endif
3508
3509         /*
3510          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3511          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3512          * even if a suitable page happened to be free.
3513          */
3514         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3515                 return false;
3516
3517         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3518         if (!order)
3519                 return true;
3520
3521         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3522         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3523                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3524                 int mt;
3525
3526                 if (!area->nr_free)
3527                         continue;
3528
3529                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3530                         if (!free_area_empty(area, mt))
3531                                 return true;
3532                 }
3533
3534 #ifdef CONFIG_CMA
3535                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3536                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3537                         return true;
3538                 }
3539 #endif
3540                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3541                         return true;
3542         }
3543         return false;
3544 }
3545
3546 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3547                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3548 {
3549         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3550                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3551 }
3552
3553 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3554                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3555 {
3556         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3557         long cma_pages = 0;
3558
3559 #ifdef CONFIG_CMA
3560         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3561         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3562                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3563 #endif
3564
3565         /*
3566          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3567          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3568          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3569          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3570          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3571          */
3572         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3573                 return true;
3574
3575         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3576                                         free_pages);
3577 }
3578
3579 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3580                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3581 {
3582         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3583
3584         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3585                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3586
3587         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3588                                                                 free_pages);
3589 }
3590
3591 #ifdef CONFIG_NUMA
3592 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3593 {
3594         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3595                                 node_reclaim_distance;
3596 }
3597 #else   /* CONFIG_NUMA */
3598 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3599 {
3600         return true;
3601 }
3602 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3603
3604 /*
3605  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3606  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3607  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3608  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3609  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3610  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3611  */
3612 static inline unsigned int
3613 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3614 {
3615         unsigned int alloc_flags;
3616
3617         /*
3618          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3619          * to save a branch.
3620          */
3621         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3622
3623 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3624         if (!zone)
3625                 return alloc_flags;
3626
3627         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3628                 return alloc_flags;
3629
3630         /*
3631          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3632          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3633          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3634          */
3635         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3636         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3637                 return alloc_flags;
3638
3639         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3640 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3641         return alloc_flags;
3642 }
3643
3644 /*
3645  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3646  * a page.
3647  */
3648 static struct page *
3649 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3650                                                 const struct alloc_context *ac)
3651 {
3652         struct zoneref *z;
3653         struct zone *zone;
3654         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3655         bool no_fallback;
3656
3657 retry:
3658         /*
3659          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3660          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3661          */
3662         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3663         z = ac->preferred_zoneref;
3664         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3665                                                                 ac->nodemask) {
3666                 struct page *page;
3667                 unsigned long mark;
3668
3669                 if (cpusets_enabled() &&
3670                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3671                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3672                                 continue;
3673                 /*
3674                  * When allocating a page cache page for writing, we
3675                  * want to get it from a node that is within its dirty
3676                  * limit, such that no single node holds more than its
3677                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3678                  * The dirty limits take into account the node's
3679                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3680                  * should be able to balance it without having to
3681                  * write pages from its LRU list.
3682                  *
3683                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3684                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3685                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3686                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3687                  * nodes are together not big enough to reach the
3688                  * global limit.  The proper fix for these situations
3689                  * will require awareness of nodes in the
3690                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3691                  */
3692                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3693                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3694                                 continue;
3695
3696                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3697                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3698                                 continue;
3699                         }
3700                 }
3701
3702                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3703                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3704                         int local_nid;
3705
3706                         /*
3707                          * If moving to a remote node, retry but allow
3708                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3709                          * than fragmentation avoidance.
3710                          */
3711                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3712                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3713                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3714                                 goto retry;
3715                         }
3716                 }
3717
3718                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3719                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3720                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3721                         int ret;
3722
3723 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3724                         /*
3725                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3726                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3727                          */
3728                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3729                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3730                                         goto try_this_zone;
3731                         }
3732 #endif
3733                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3734                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3735                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3736                                 goto try_this_zone;
3737
3738                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3739                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3740                                 continue;
3741
3742                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3743                         switch (ret) {
3744                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3745                                 /* did not scan */
3746                                 continue;
3747                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3748                                 /* scanned but unreclaimable */
3749                                 continue;
3750                         default:
3751                                 /* did we reclaim enough */
3752                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3753                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3754                                         goto try_this_zone;
3755
3756                                 continue;
3757                         }
3758                 }
3759
3760 try_this_zone:
3761                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3762                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3763                 if (page) {
3764                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3765
3766                         /*
3767                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3768                          * if the pageblock should be reserved for the future
3769                          */
3770                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3771                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3772
3773                         return page;
3774                 } else {
3775 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3776                         /* Try again if zone has deferred pages */
3777                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3778                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3779                                         goto try_this_zone;
3780                         }
3781 #endif
3782                 }
3783         }
3784
3785         /*
3786          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3787          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3788          */
3789         if (no_fallback) {
3790                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3791                 goto retry;
3792         }
3793
3794         return NULL;
3795 }
3796
3797 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3798 {
3799         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3800
3801         /*
3802          * This documents exceptions given to allocations in certain
3803          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3804          * of allowed nodes.
3805          */
3806         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3807                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3808                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3809                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3810         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3811                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3812
3813         show_mem(filter, nodemask);
3814 }
3815
3816 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3817 {
3818         struct va_format vaf;
3819         va_list args;
3820         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3821
3822         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3823                 return;
3824
3825         va_start(args, fmt);
3826         vaf.fmt = fmt;
3827         vaf.va = &args;
3828         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3829                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3830                         nodemask_pr_args(nodemask));
3831         va_end(args);
3832
3833         cpuset_print_current_mems_allowed();
3834         pr_cont("\n");
3835         dump_stack();
3836         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3837 }
3838
3839 static inline struct page *
3840 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3841                               unsigned int alloc_flags,
3842                               const struct alloc_context *ac)
3843 {
3844         struct page *page;
3845
3846         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3847                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3848         /*
3849          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3850          * are depleted
3851          */
3852         if (!page)
3853                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3854                                 alloc_flags, ac);
3855
3856         return page;
3857 }
3858
3859 static inline struct page *
3860 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3861         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3862 {
3863         struct oom_control oc = {
3864                 .zonelist = ac->zonelist,
3865                 .nodemask = ac->nodemask,
3866                 .memcg = NULL,
3867                 .gfp_mask = gfp_mask,
3868                 .order = order,
3869         };
3870         struct page *page;
3871
3872         *did_some_progress = 0;
3873
3874         /*
3875          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3876          * making progress for us.
3877          */
3878         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3879                 *did_some_progress = 1;
3880                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3881                 return NULL;
3882         }
3883
3884         /*
3885          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3886          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3887          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3888          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3889          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3890          */
3891         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3892                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3893                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3894         if (page)
3895                 goto out;
3896
3897         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3898         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3899                 goto out;
3900         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3901         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3902                 goto out;
3903         /*
3904          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3905          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3906          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3907          * fallback than shooting a random task.
3908          */
3909         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3910                 goto out;
3911         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3912         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3913                 goto out;
3914         if (pm_suspended_storage())
3915                 goto out;
3916         /*
3917          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3918          * other request to make a forward progress.
3919          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3920          * do much for this context but let's try it to at least get
3921          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3922          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3923          * failures more gracefully we should just bail out here.
3924          */
3925
3926         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3927         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3928                 goto out;
3929
3930         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3931         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3932                 *did_some_progress = 1;
3933
3934                 /*
3935                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3936                  * reserves
3937                  */
3938                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3939                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3940                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3941         }
3942 out:
3943         mutex_unlock(&oom_lock);
3944         return page;
3945 }
3946
3947 /*
3948  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3949  * killer is consider as the only way to move forward.
3950  */
3951 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3952
3953 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3954 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3955 static struct page *
3956 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3957                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3958                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3959 {
3960         struct page *page = NULL;
3961         unsigned long pflags;
3962         unsigned int noreclaim_flag;
3963
3964         if (!order)
3965                 return NULL;
3966
3967         psi_memstall_enter(&pflags);
3968         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3969
3970         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3971                                                                 prio, &page);
3972
3973         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3974         psi_memstall_leave(&pflags);
3975
3976         /*
3977          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3978          * count a compaction stall
3979          */
3980         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3981
3982         /* Prep a captured page if available */
3983         if (page)
3984                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3985
3986         /* Try get a page from the freelist if available */
3987         if (!page)
3988                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3989
3990         if (page) {
3991                 struct zone *zone = page_zone(page);
3992
3993                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3994                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3995                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3996                 return page;
3997         }
3998
3999         /*
4000          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4001          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4002          */
4003         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4004
4005         cond_resched();
4006
4007         return NULL;
4008 }
4009
4010 static inline bool
4011 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4012                      enum compact_result compact_result,
4013                      enum compact_priority *compact_priority,
4014                      int *compaction_retries)
4015 {
4016         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4017         int min_priority;
4018         bool ret = false;
4019         int retries = *compaction_retries;
4020         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4021
4022         if (!order)
4023                 return false;
4024
4025         if (compaction_made_progress(compact_result))
4026                 (*compaction_retries)++;
4027
4028         /*
4029          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4030          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4031          * failure could be caused by insufficient priority
4032          */
4033         if (compaction_failed(compact_result))
4034                 goto check_priority;
4035
4036         /*
4037          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4038          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4039          */
4040         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4041                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4042                 goto out;
4043         }
4044
4045         /*
4046          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4047          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4048          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4049          * we don't just keep bailing out endlessly.
4050          */
4051         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4052                 goto check_priority;
4053         }
4054
4055         /*
4056          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4057          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4058          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4059          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4060          * would need much more detailed feedback from compaction to
4061          * make a better decision.
4062          */
4063         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4064                 max_retries /= 4;
4065         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4066                 ret = true;
4067                 goto out;
4068         }
4069
4070         /*
4071          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4072          * all retries or failed at the lower priorities.
4073          */
4074 check_priority:
4075         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4076                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4077
4078         if (*compact_priority > min_priority) {
4079                 (*compact_priority)--;
4080                 *compaction_retries = 0;
4081                 ret = true;
4082         }
4083 out:
4084         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4085         return ret;
4086 }
4087 #else
4088 static inline struct page *
4089 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4090                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4091                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4092 {
4093         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4094         return NULL;
4095 }
4096
4097 static inline bool
4098 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4099                      enum compact_result compact_result,
4100                      enum compact_priority *compact_priority,
4101                      int *compaction_retries)
4102 {
4103         struct zone *zone;
4104         struct zoneref *z;
4105
4106         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4107                 return false;
4108
4109         /*
4110          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4111          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4112          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4113          * watermarks are OK.
4114          */
4115         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4116                                         ac->nodemask) {
4117                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4118                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
4119                         return true;
4120         }
4121         return false;
4122 }
4123 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4124
4125 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4126 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4127         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4128
4129 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4130 {
4131         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4132
4133         /* no reclaim without waiting on it */
4134         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4135                 return false;
4136
4137         /* this guy won't enter reclaim */
4138         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4139                 return false;
4140
4141         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4142         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4143                 return false;
4144
4145         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4146                 return false;
4147
4148         return true;
4149 }
4150
4151 void __fs_reclaim_acquire(void)
4152 {
4153         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4154 }
4155
4156 void __fs_reclaim_release(void)
4157 {
4158         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4159 }
4160
4161 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4162 {
4163         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4164                 __fs_reclaim_acquire();
4165 }
4166 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4167
4168 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4169 {
4170         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4171                 __fs_reclaim_release();
4172 }
4173 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4174 #endif
4175
4176 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4177 static int
4178 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4179                                         const struct alloc_context *ac)
4180 {
4181         int progress;
4182         unsigned int noreclaim_flag;
4183         unsigned long pflags;
4184
4185         cond_resched();
4186
4187         /* We now go into synchronous reclaim */
4188         cpuset_memory_pressure_bump();
4189         psi_memstall_enter(&pflags);
4190         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4191         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4192
4193         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4194                                                                 ac->nodemask);
4195
4196         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4197         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4198         psi_memstall_leave(&pflags);
4199
4200         cond_resched();
4201
4202         return progress;
4203 }
4204
4205 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4206 static inline struct page *
4207 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4208                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4209                 unsigned long *did_some_progress)
4210 {
4211         struct page *page = NULL;
4212         bool drained = false;
4213
4214         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4215         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4216                 return NULL;
4217
4218 retry:
4219         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4220
4221         /*
4222          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4223          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4224          * Shrink them them and try again
4225          */
4226         if (!page && !drained) {
4227                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4228                 drain_all_pages(NULL);
4229                 drained = true;
4230                 goto retry;
4231         }
4232
4233         return page;
4234 }
4235
4236 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4237                              const struct alloc_context *ac)
4238 {
4239         struct zoneref *z;
4240         struct zone *zone;
4241         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4242         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
4243
4244         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
4245                                         ac->nodemask) {
4246                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4247                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
4248                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4249         }
4250 }
4251
4252 static inline unsigned int
4253 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4254 {
4255         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4256
4257         /*
4258          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4259          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4260          * to save two branches.
4261          */
4262         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4263         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4264
4265         /*
4266          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4267          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4268          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4269          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4270          */
4271         alloc_flags |= (__force int)
4272                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4273
4274         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4275                 /*
4276                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4277                  * if it can't schedule.
4278                  */
4279                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4280                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4281                 /*
4282                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4283                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4284                  */
4285                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4286         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4287                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4288
4289 #ifdef CONFIG_CMA
4290         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4291                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4292 #endif
4293         return alloc_flags;
4294 }
4295
4296 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4297 {
4298         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4299                 return false;
4300
4301         /*
4302          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4303          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4304          */
4305         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4306                 return false;
4307
4308         return true;
4309 }
4310
4311 /*
4312  * Distinguish requests which really need access to full memory
4313  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4314  */
4315 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4316 {
4317         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4318                 return 0;
4319         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4320                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4321         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4322                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4323         if (!in_interrupt()) {
4324                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4325                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4326                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4327                         return ALLOC_OOM;
4328         }
4329
4330         return 0;
4331 }
4332
4333 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4334 {
4335         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4336 }
4337
4338 /*
4339  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4340  * for the given allocation request.
4341  *
4342  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4343  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4344  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4345  *
4346  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4347  */
4348 static inline bool
4349 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4350                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4351                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4352 {
4353         struct zone *zone;
4354         struct zoneref *z;
4355         bool ret = false;
4356
4357         /*
4358          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4359          * their order will become available due to high fragmentation so
4360          * always increment the no progress counter for them
4361          */
4362         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4363                 *no_progress_loops = 0;
4364         else
4365                 (*no_progress_loops)++;
4366
4367         /*
4368          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4369          * several times in the row.
4370          */
4371         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4372                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4373                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4374         }
4375
4376         /*
4377          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4378          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4379          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4380          * screwed and have to go OOM.
4381          */
4382         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4383                                         ac->nodemask) {
4384                 unsigned long available;
4385                 unsigned long reclaimable;
4386                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4387                 bool wmark;
4388
4389                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4390                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4391
4392                 /*
4393                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4394                  * reclaimable pages?
4395                  */
4396                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4397                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
4398                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4399                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4400                 if (wmark) {
4401                         /*
4402                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4403                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4404                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4405                          * prevent from pre mature OOM
4406                          */
4407                         if (!did_some_progress) {
4408                                 unsigned long write_pending;
4409
4410                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4411                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4412
4413                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4414                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4415                                         return true;
4416                                 }
4417                         }
4418
4419                         ret = true;
4420                         goto out;
4421                 }
4422         }
4423
4424 out:
4425         /*
4426          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4427          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4428          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4429          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4430          * here rather than calling cond_resched().
4431          */
4432         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4433                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4434         else
4435                 cond_resched();
4436         return ret;
4437 }
4438
4439 static inline bool
4440 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4441 {
4442         /*
4443          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4444          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4445          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4446          * such a way the check therein was true, and then it became false
4447          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4448          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4449          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4450          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4451          * caller can deal with a violated nodemask.
4452          */
4453         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4454                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4455                 ac->nodemask = NULL;
4456                 return true;
4457         }
4458
4459         /*
4460          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4461          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4462          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4463          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4464          * retry.
4465          */
4466         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4467                 return true;
4468
4469         return false;
4470 }
4471
4472 static inline struct page *
4473 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4474                                                 struct alloc_context *ac)
4475 {
4476         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4477         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4478         struct page *page = NULL;
4479         unsigned int alloc_flags;
4480         unsigned long did_some_progress;
4481         enum compact_priority compact_priority;
4482         enum compact_result compact_result;
4483         int compaction_retries;
4484         int no_progress_loops;
4485         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4486         int reserve_flags;
4487
4488         /*
4489          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4490          * callers that are not in atomic context.
4491          */
4492         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4493                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4494                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4495
4496 retry_cpuset:
4497         compaction_retries = 0;
4498         no_progress_loops = 0;
4499         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4500         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4501
4502         /*
4503          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4504          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4505          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4506          */
4507         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4508
4509         /*
4510          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4511          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4512          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4513          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4514          */
4515         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4516                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4517         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4518                 goto nopage;
4519
4520         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4521                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4522
4523         /*
4524          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4525          * that first
4526          */
4527         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4528         if (page)
4529                 goto got_pg;
4530
4531         /*
4532          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4533          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4534          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4535          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4536          * same migratetype.
4537          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4538          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4539          */
4540         if (can_direct_reclaim &&
4541                         (costly_order ||
4542                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4543                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4544                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4545                                                 alloc_flags, ac,
4546                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4547                                                 &compact_result);
4548                 if (page)
4549                         goto got_pg;
4550
4551                 /*
4552                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4553                  * includes some THP page fault allocations
4554                  */
4555                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4556                         /*
4557                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4558                          * failed because all zones are below low watermarks
4559                          * or is prohibited because it recently failed at this
4560                          * order, fail immediately unless the allocator has
4561                          * requested compaction and reclaim retry.
4562                          *
4563                          * Reclaim is
4564                          *  - potentially very expensive because zones are far
4565                          *    below their low watermarks or this is part of very
4566                          *    bursty high order allocations,
4567                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4568                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4569                          *    linear scan, and
4570                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4571                          *    own.
4572                          */
4573                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4574                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4575                                 goto nopage;
4576
4577                         /*
4578                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4579                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4580                          * using async compaction.
4581                          */
4582                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4583                 }
4584         }
4585
4586 retry:
4587         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4588         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4589                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4590
4591         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4592         if (reserve_flags)
4593                 alloc_flags = reserve_flags;
4594
4595         /*
4596          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4597          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4598          * user oriented.
4599          */
4600         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4601                 ac->nodemask = NULL;
4602                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4603                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4604         }
4605
4606         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4607         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4608         if (page)
4609                 goto got_pg;
4610
4611         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4612         if (!can_direct_reclaim)
4613                 goto nopage;
4614
4615         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4616         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4617                 goto nopage;
4618
4619         /* Try direct reclaim and then allocating */
4620         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4621                                                         &did_some_progress);
4622         if (page)
4623                 goto got_pg;
4624
4625         /* Try direct compaction and then allocating */
4626         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4627                                         compact_priority, &compact_result);
4628         if (page)
4629                 goto got_pg;
4630
4631         /* Do not loop if specifically requested */
4632         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4633                 goto nopage;
4634
4635         /*
4636          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4637          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4638          */
4639         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4640                 goto nopage;
4641
4642         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4643                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4644                 goto retry;
4645
4646         /*
4647          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4648          * reclaim is not able to make any progress because the current
4649          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4650          * of free memory (see __compaction_suitable)
4651          */
4652         if (did_some_progress > 0 &&
4653                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4654                                 compact_result, &compact_priority,
4655                                 &compaction_retries))
4656                 goto retry;
4657
4658
4659         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4660         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4661                 goto retry_cpuset;
4662
4663         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4664         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4665         if (page)
4666                 goto got_pg;
4667
4668         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4669         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4670             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4671              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4672                 goto nopage;
4673
4674         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4675         if (did_some_progress) {
4676                 no_progress_loops = 0;
4677                 goto retry;
4678         }
4679
4680 nopage:
4681         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4682         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4683                 goto retry_cpuset;
4684
4685         /*
4686          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4687          * we always retry
4688          */
4689         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4690                 /*
4691                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4692                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4693                  */
4694                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4695                         goto fail;
4696
4697                 /*
4698                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4699                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4700                  * for somebody to do a work for us
4701                  */
4702                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4703
4704                 /*
4705                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4706                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4707                  * so that we can identify them and convert them to something
4708                  * else.
4709                  */
4710                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4711
4712                 /*
4713                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4714                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4715                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4716                  * the situation worse
4717                  */
4718                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4719                 if (page)
4720                         goto got_pg;
4721
4722                 cond_resched();
4723                 goto retry;
4724         }
4725 fail:
4726         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4727                         "page allocation failure: order:%u", order);
4728 got_pg:
4729         return page;
4730 }
4731
4732 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4733                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4734                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4735                 unsigned int *alloc_flags)
4736 {
4737         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4738         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4739         ac->nodemask = nodemask;
4740         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4741
4742         if (cpusets_enabled()) {
4743                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4744                 if (!ac->nodemask)
4745                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4746                 else
4747                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4748         }
4749
4750         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4751         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4752
4753         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4754
4755         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4756                 return false;
4757
4758         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4759                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4760
4761         return true;
4762 }
4763
4764 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4765 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4766 {
4767         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4768         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4769
4770         /*
4771          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4772          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4773          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4774          */
4775         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4776                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4777 }
4778
4779 /*
4780  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4781  */
4782 struct page *
4783 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4784                                                         nodemask_t *nodemask)
4785 {
4786         struct page *page;
4787         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4788         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4789         struct alloc_context ac = { };
4790
4791         /*
4792          * There are several places where we assume that the order value is sane
4793          * so bail out early if the request is out of bound.
4794          */
4795         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4796                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4797                 return NULL;
4798         }
4799
4800         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4801         alloc_mask = gfp_mask;
4802         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4803                 return NULL;
4804
4805         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4806
4807         /*
4808          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4809          * memory until all local zones are considered.
4810          */
4811         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4812
4813         /* First allocation attempt */
4814         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4815         if (likely(page))
4816                 goto out;
4817
4818         /*
4819          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4820          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4821          * from a particular context which has been marked by
4822          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4823          */
4824         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4825         ac.spread_dirty_pages = false;
4826
4827         /*
4828          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4829          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4830          */
4831         ac.nodemask = nodemask;
4832
4833         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4834
4835 out:
4836         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4837             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4838                 __free_pages(page, order);
4839                 page = NULL;
4840         }
4841
4842         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4843
4844         return page;
4845 }
4846 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4847
4848 /*
4849  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4850  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4851  * you need to access high mem.
4852  */
4853 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4854 {
4855         struct page *page;
4856
4857         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4858         if (!page)
4859                 return 0;
4860         return (unsigned long) page_address(page);
4861 }
4862 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4863
4864 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4865 {
4866         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4867 }
4868 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4869
4870 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4871 {
4872         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4873                 free_unref_page(page);
4874         else
4875                 __free_pages_ok(page, order);
4876 }
4877
4878 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4879 {
4880         if (put_page_testzero(page))
4881                 free_the_page(page, order);
4882 }
4883 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4884
4885 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4886 {
4887         if (addr != 0) {
4888                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4889                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4890         }
4891 }
4892
4893 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4894
4895 /*
4896  * Page Fragment:
4897  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4898  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4899  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4900  *
4901  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4902  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4903  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4904  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4905  */
4906 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4907                                              gfp_t gfp_mask)
4908 {
4909         struct page *page = NULL;
4910         gfp_t gfp = gfp_mask;
4911
4912 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4913         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4914                     __GFP_NOMEMALLOC;
4915         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4916                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4917         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4918 #endif
4919         if (unlikely(!page))
4920                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4921
4922         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4923
4924         return page;
4925 }
4926
4927 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4928 {
4929         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4930
4931         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4932                 free_the_page(page, compound_order(page));
4933 }
4934 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4935
4936 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4937                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4938 {
4939         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4940         struct page *page;
4941         int offset;
4942
4943         if (unlikely(!nc->va)) {
4944 refill:
4945                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4946                 if (!page)
4947                         return NULL;
4948
4949 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4950                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4951                 size = nc->size;
4952 #endif
4953                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4954                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4955                  */
4956                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4957
4958                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4959                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4960                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4961                 nc->offset = size;
4962         }
4963
4964         offset = nc->offset - fragsz;
4965         if (unlikely(offset < 0)) {
4966                 page = virt_to_page(nc->va);
4967
4968                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4969                         goto refill;
4970
4971 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4972                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4973                 size = nc->size;
4974 #endif
4975                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4976                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4977
4978                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4979                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4980                 offset = size - fragsz;
4981         }
4982
4983         nc->pagecnt_bias--;
4984         nc->offset = offset;
4985
4986         return nc->va + offset;
4987 }
4988 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4989
4990 /*
4991  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4992  */
4993 void page_frag_free(void *addr)
4994 {
4995         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4996
4997         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4998                 free_the_page(page, compound_order(page));
4999 }
5000 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5001
5002 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5003                 size_t size)
5004 {
5005         if (addr) {
5006                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5007                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5008
5009                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5010                 while (used < alloc_end) {
5011                         free_page(used);
5012                         used += PAGE_SIZE;
5013                 }
5014         }
5015         return (void *)addr;
5016 }
5017
5018 /**
5019  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5020  * @size: the number of bytes to allocate
5021  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5022  *
5023  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5024  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5025  * allocate memory in power-of-two pages.
5026  *
5027  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5028  *
5029  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5030  *
5031  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5032  */
5033 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5034 {
5035         unsigned int order = get_order(size);
5036         unsigned long addr;
5037
5038         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5039                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5040
5041         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5042         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5043 }
5044 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5045
5046 /**
5047  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5048  *                         pages on a node.
5049  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5050  * @size: the number of bytes to allocate
5051  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5052  *
5053  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5054  * back.
5055  *
5056  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5057  */
5058 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5059 {
5060         unsigned int order = get_order(size);
5061         struct page *p;
5062
5063         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5064                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5065
5066         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5067         if (!p)
5068                 return NULL;
5069         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5070 }
5071
5072 /**
5073  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5074  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5075  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5076  *
5077  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5078  */
5079 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5080 {
5081         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5082         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5083
5084         while (addr < end) {
5085                 free_page(addr);
5086                 addr += PAGE_SIZE;
5087         }
5088 }
5089 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5090
5091 /**
5092  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5093  * @offset: The zone index of the highest zone
5094  *
5095  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5096  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5097  * zone, the number of pages is calculated as:
5098  *
5099  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5100  *
5101  * Return: number of pages beyond high watermark.
5102  */
5103 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5104 {
5105         struct zoneref *z;
5106         struct zone *zone;
5107
5108         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5109         unsigned long sum = 0;
5110
5111         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5112
5113         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5114                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5115                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5116                 if (size > high)
5117                         sum += size - high;
5118         }
5119
5120         return sum;
5121 }
5122
5123 /**
5124  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5125  *
5126  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5127  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5128  *
5129  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5130  * ZONE_NORMAL.
5131  */
5132 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5133 {
5134         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5135 }
5136 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5137
5138 /**
5139  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
5140  *
5141  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
5142  * high watermark within all zones.
5143  *
5144  * Return: number of pages beyond high watermark within all zones.
5145  */
5146 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
5147 {
5148         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5149 }
5150
5151 static inline void show_node(struct zone *zone)
5152 {
5153         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5154                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5155 }
5156
5157 long si_mem_available(void)
5158 {
5159         long available;
5160         unsigned long pagecache;
5161         unsigned long wmark_low = 0;
5162         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5163         unsigned long reclaimable;
5164         struct zone *zone;
5165         int lru;
5166
5167         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5168                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5169
5170         for_each_zone(zone)
5171                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5172
5173         /*
5174          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5175          * without causing swapping.
5176          */
5177         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5178
5179         /*
5180          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5181          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5182          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5183          */
5184         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5185         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5186         available += pagecache;
5187
5188         /*
5189          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5190          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5191          * low watermark.
5192          */
5193         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
5194                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5195         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5196
5197         if (available < 0)
5198                 available = 0;
5199         return available;
5200 }
5201 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5202
5203 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5204 {
5205         val->totalram = totalram_pages();
5206         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5207         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5208         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5209         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5210         val->freehigh = nr_free_highpages();
5211         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5212 }
5213
5214 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5215
5216 #ifdef CONFIG_NUMA
5217 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5218 {
5219         int zone_type;          /* needs to be signed */
5220         unsigned long managed_pages = 0;
5221         unsigned long managed_highpages = 0;
5222         unsigned long free_highpages = 0;
5223         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5224
5225         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5226                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5227         val->totalram = managed_pages;
5228         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5229         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5230 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5231         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5232                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5233
5234                 if (is_highmem(zone)) {
5235                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5236                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5237                 }
5238         }
5239         val->totalhigh = managed_highpages;
5240         val->freehigh = free_highpages;
5241 #else
5242         val->totalhigh = managed_highpages;
5243         val->freehigh = free_highpages;
5244 #endif
5245         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5246 }
5247 #endif
5248
5249 /*
5250  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5251  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5252  */
5253 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5254 {
5255         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5256                 return false;
5257
5258         /*
5259          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5260          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5261          * have to be precise here.
5262          */
5263         if (!nodemask)
5264                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5265
5266         return !node_isset(nid, *nodemask);
5267 }
5268
5269 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5270
5271 static void show_migration_types(unsigned char type)
5272 {
5273         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5274                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5275                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5276                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5277                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5278 #ifdef CONFIG_CMA
5279                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5280 #endif
5281 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5282                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5283 #endif
5284         };
5285         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5286         char *p = tmp;
5287         int i;
5288
5289         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5290                 if (type & (1 << i))
5291                         *p++ = types[i];
5292         }
5293
5294         *p = '\0';
5295         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5296 }
5297
5298 /*
5299  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5300  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5301  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5302  *
5303  * Bits in @filter:
5304  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5305  *   cpuset.
5306  */
5307 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5308 {
5309         unsigned long free_pcp = 0;
5310         int cpu;
5311         struct zone *zone;
5312         pg_data_t *pgdat;
5313
5314         for_each_populated_zone(zone) {
5315                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5316                         continue;
5317
5318                 for_each_online_cpu(cpu)
5319                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5320         }
5321
5322         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5323                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5324                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5325                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5326                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5327                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5328                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5329                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5330                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5331                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5332                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5333                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5334                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5335                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5336                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5337                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
5338                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
5339                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5340                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5341                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5342                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5343                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5344                 free_pcp,
5345                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5346
5347         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5348                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5349                         continue;
5350
5351                 printk("Node %d"
5352                         " active_anon:%lukB"
5353                         " inactive_anon:%lukB"
5354                         " active_file:%lukB"
5355                         " inactive_file:%lukB"
5356                         " unevictable:%lukB"
5357                         " isolated(anon):%lukB"
5358                         " isolated(file):%lukB"
5359                         " mapped:%lukB"
5360                         " dirty:%lukB"
5361                         " writeback:%lukB"
5362                         " shmem:%lukB"
5363 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5364                         " shmem_thp: %lukB"
5365                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5366                         " anon_thp: %lukB"
5367 #endif
5368                         " writeback_tmp:%lukB"
5369                         " all_unreclaimable? %s"
5370                         "\n",
5371                         pgdat->node_id,
5372                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5373                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5374                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5375                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5376                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5377                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5378                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5379                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5380                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5381                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5382                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5383 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5384                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5385                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5386                                         * HPAGE_PMD_NR),
5387                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5388 #endif
5389                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5390                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5391                                 "yes" : "no");
5392         }
5393
5394         for_each_populated_zone(zone) {
5395                 int i;
5396
5397                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5398                         continue;
5399
5400                 free_pcp = 0;
5401                 for_each_online_cpu(cpu)
5402                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5403
5404                 show_node(zone);
5405                 printk(KERN_CONT
5406                         "%s"
5407                         " free:%lukB"
5408                         " min:%lukB"
5409                         " low:%lukB"
5410                         " high:%lukB"
5411                         " reserved_highatomic:%luKB"
5412                         " active_anon:%lukB"
5413                         " inactive_anon:%lukB"
5414                         " active_file:%lukB"
5415                         " inactive_file:%lukB"
5416                         " unevictable:%lukB"
5417                         " writepending:%lukB"
5418                         " present:%lukB"
5419                         " managed:%lukB"
5420                         " mlocked:%lukB"
5421                         " kernel_stack:%lukB"
5422 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5423                         " shadow_call_stack:%lukB"
5424 #endif
5425                         " pagetables:%lukB"
5426                         " bounce:%lukB"
5427                         " free_pcp:%lukB"
5428                         " local_pcp:%ukB"
5429                         " free_cma:%lukB"
5430                         "\n",
5431                         zone->name,
5432                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5433                         K(min_wmark_pages(zone)),
5434                         K(low_wmark_pages(zone)),
5435                         K(high_wmark_pages(zone)),
5436                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5437                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5438                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5439                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5440                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5441                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5442                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5443                         K(zone->present_pages),
5444                         K(zone_managed_pages(zone)),
5445                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5446                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5447 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5448                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_SCS_KB),
5449 #endif
5450                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5451                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5452                         K(free_pcp),
5453                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5454                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5455                 printk("lowmem_reserve[]:");
5456                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5457                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5458                 printk(KERN_CONT "\n");
5459         }
5460
5461         for_each_populated_zone(zone) {
5462                 unsigned int order;
5463                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5464                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5465
5466                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5467                         continue;
5468                 show_node(zone);
5469                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5470
5471                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5472                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5473                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5474                         int type;
5475
5476                         nr[order] = area->nr_free;
5477                         total += nr[order] << order;
5478
5479                         types[order] = 0;
5480                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5481                                 if (!free_area_empty(area, type))
5482                                         types[order] |= 1 << type;
5483                         }
5484                 }
5485                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5486                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5487                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5488                                nr[order], K(1UL) << order);
5489                         if (nr[order])
5490                                 show_migration_types(types[order]);
5491                 }
5492                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5493         }
5494
5495         hugetlb_show_meminfo();
5496
5497         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5498
5499         show_swap_cache_info();
5500 }
5501
5502 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5503 {
5504         zoneref->zone = zone;
5505         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5506 }
5507
5508 /*
5509  * Builds allocation fallback zone lists.
5510  *
5511  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5512  */
5513 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5514 {
5515         struct zone *zone;
5516         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5517         int nr_zones = 0;
5518
5519         do {
5520                 zone_type--;
5521                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5522                 if (managed_zone(zone)) {
5523                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5524                         check_highest_zone(zone_type);
5525                 }
5526         } while (zone_type);
5527
5528         return nr_zones;
5529 }
5530
5531 #ifdef CONFIG_NUMA
5532
5533 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5534 {
5535         /*
5536          * We used to support different zonlists modes but they turned
5537          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5538          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5539          * not fail it silently
5540          */
5541         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5542                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5543                 return -EINVAL;
5544         }
5545         return 0;
5546 }
5547
5548 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5549 {
5550         if (!s)
5551                 return 0;
5552
5553         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5554 }
5555 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5556
5557 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5558
5559 /*
5560  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5561  */
5562 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5563                 void __user *buffer, size_t *length,
5564                 loff_t *ppos)
5565 {
5566         char *str;
5567         int ret;
5568
5569         if (!write)
5570                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5571         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5572         if (IS_ERR(str))
5573                 return PTR_ERR(str);
5574
5575         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5576         kfree(str);
5577         return ret;
5578 }
5579
5580
5581 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5582 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5583
5584 /**
5585  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5586  * @node: node whose fallback list we're appending
5587  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5588  *
5589  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5590  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5591  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5592  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5593  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5594  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5595  * on them otherwise.
5596  *
5597  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5598  */
5599 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5600 {
5601         int n, val;
5602         int min_val = INT_MAX;
5603         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5604         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5605
5606         /* Use the local node if we haven't already */
5607         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5608                 node_set(node, *used_node_mask);
5609                 return node;
5610         }
5611
5612         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5613
5614                 /* Don't want a node to appear more than once */
5615                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5616                         continue;
5617
5618                 /* Use the distance array to find the distance */
5619                 val = node_distance(node, n);
5620
5621                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5622                 val += (n < node);
5623
5624                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5625                 tmp = cpumask_of_node(n);
5626                 if (!cpumask_empty(tmp))
5627                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5628
5629                 /* Slight preference for less loaded node */
5630                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5631                 val += node_load[n];
5632
5633                 if (val < min_val) {
5634                         min_val = val;
5635                         best_node = n;
5636                 }
5637         }
5638
5639         if (best_node >= 0)
5640                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5641
5642         return best_node;
5643 }
5644
5645
5646 /*
5647  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5648  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5649  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5650  */
5651 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5652                 unsigned nr_nodes)
5653 {
5654         struct zoneref *zonerefs;
5655         int i;
5656
5657         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5658
5659         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5660                 int nr_zones;
5661
5662                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5663
5664                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5665                 zonerefs += nr_zones;
5666         }
5667         zonerefs->zone = NULL;
5668         zonerefs->zone_idx = 0;
5669 }
5670
5671 /*
5672  * Build gfp_thisnode zonelists
5673  */
5674 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5675 {
5676         struct zoneref *zonerefs;
5677         int nr_zones;
5678
5679         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5680         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5681         zonerefs += nr_zones;
5682         zonerefs->zone = NULL;
5683         zonerefs->zone_idx = 0;
5684 }
5685
5686 /*
5687  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5688  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5689  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5690  * may still exist in local DMA zone.
5691  */
5692
5693 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5694 {
5695         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5696         int node, load, nr_nodes = 0;
5697         nodemask_t used_mask;
5698         int local_node, prev_node;
5699
5700         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5701         local_node = pgdat->node_id;
5702         load = nr_online_nodes;
5703         prev_node = local_node;
5704         nodes_clear(used_mask);
5705
5706         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5707         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5708                 /*
5709                  * We don't want to pressure a particular node.
5710                  * So adding penalty to the first node in same
5711                  * distance group to make it round-robin.
5712                  */
5713                 if (node_distance(local_node, node) !=
5714                     node_distance(local_node, prev_node))
5715                         node_load[node] = load;
5716
5717                 node_order[nr_nodes++] = node;
5718                 prev_node = node;
5719                 load--;
5720         }
5721
5722         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5723         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5724 }
5725
5726 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5727 /*
5728  * Return node id of node used for "local" allocations.
5729  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5730  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5731  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5732  */
5733 int local_memory_node(int node)
5734 {
5735         struct zoneref *z;
5736
5737         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5738                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5739                                    NULL);
5740         return zone_to_nid(z->zone);
5741 }
5742 #endif
5743
5744 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5745 static void setup_min_slab_ratio(void);
5746 #else   /* CONFIG_NUMA */
5747
5748 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5749 {
5750         int node, local_node;
5751         struct zoneref *zonerefs;
5752         int nr_zones;
5753
5754         local_node = pgdat->node_id;
5755
5756         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5757         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5758         zonerefs += nr_zones;
5759
5760         /*
5761          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5762          * of all the other nodes.
5763          * We don't want to pressure a particular node, so when
5764          * building the zones for node N, we make sure that the
5765          * zones coming right after the local ones are those from
5766          * node N+1 (modulo N)
5767          */
5768         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5769                 if (!node_online(node))
5770                         continue;
5771                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5772                 zonerefs += nr_zones;
5773         }
5774         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5775                 if (!node_online(node))
5776                         continue;
5777                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5778                 zonerefs += nr_zones;
5779         }
5780
5781         zonerefs->zone = NULL;
5782         zonerefs->zone_idx = 0;
5783 }
5784
5785 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5786
5787 /*
5788  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5789  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5790  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5791  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5792  * with interrupts disabled.
5793  *
5794  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5795  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5796  * hotplugged processors.
5797  *
5798  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5799  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5800  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5801  */
5802 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5803 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5804 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5805
5806 static void __build_all_zonelists(void *data)
5807 {
5808         int nid;
5809         int __maybe_unused cpu;
5810         pg_data_t *self = data;
5811         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5812
5813         spin_lock(&lock);
5814
5815 #ifdef CONFIG_NUMA
5816         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5817 #endif
5818
5819         /*
5820          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5821          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5822          */
5823         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5824                 build_zonelists(self);
5825         } else {
5826                 for_each_online_node(nid) {
5827                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5828
5829                         build_zonelists(pgdat);
5830                 }
5831
5832 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5833                 /*
5834                  * We now know the "local memory node" for each node--
5835                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5836                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5837                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5838                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5839                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5840                  */
5841                 for_each_online_cpu(cpu)
5842                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5843 #endif
5844         }
5845
5846         spin_unlock(&lock);
5847 }
5848
5849 static noinline void __init
5850 build_all_zonelists_init(void)
5851 {
5852         int cpu;
5853
5854         __build_all_zonelists(NULL);
5855
5856         /*
5857          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5858          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5859          * each zone will be allocated later when the per cpu
5860          * allocator is available.
5861          *
5862          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5863          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5864          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5865          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5866          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5867          * (a chicken-egg dilemma).
5868          */
5869         for_each_possible_cpu(cpu)
5870                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5871
5872         mminit_verify_zonelist();
5873         cpuset_init_current_mems_allowed();
5874 }
5875
5876 /*
5877  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5878  *
5879  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5880  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5881  */
5882 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5883 {
5884         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5885                 build_all_zonelists_init();
5886         } else {
5887                 __build_all_zonelists(pgdat);
5888                 /* cpuset refresh routine should be here */
5889         }
5890         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5891         /*
5892          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5893          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5894          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5895          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5896          * disabled and enable it later
5897          */
5898         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5899                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5900         else
5901                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5902
5903         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5904                 nr_online_nodes,
5905                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5906                 vm_total_pages);
5907 #ifdef CONFIG_NUMA
5908         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5909 #endif
5910 }
5911
5912 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5913 static bool __meminit
5914 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5915 {
5916         static struct memblock_region *r;
5917
5918         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5919                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5920                         for_each_memblock(memory, r) {
5921                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5922                                         break;
5923                         }
5924                 }
5925                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5926                     memblock_is_mirror(r)) {
5927                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5928                         return true;
5929                 }
5930         }
5931         return false;
5932 }
5933
5934 /*
5935  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5936  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5937  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5938  */
5939 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5940                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5941                 struct vmem_altmap *altmap)
5942 {
5943         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5944         struct page *page;
5945
5946         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5947                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5948
5949 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5950         /*
5951          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5952          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5953          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5954          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5955          * the hotplug lock.
5956          */
5957         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5958                 if (!altmap)
5959                         return;
5960
5961                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5962                         start_pfn += altmap->reserve;
5963                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5964         }
5965 #endif
5966
5967         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
5968                 /*
5969                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5970                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5971                  */
5972                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5973                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
5974                                 continue;
5975                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
5976                                 break;
5977                 }
5978
5979                 page = pfn_to_page(pfn);
5980                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5981                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5982                         __SetPageReserved(page);
5983
5984                 /*
5985                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5986                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5987                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5988                  * the address space during boot when many long-lived
5989                  * kernel allocations are made.
5990                  *
5991                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5992                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5993                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5994                  * pfn out of zone.
5995                  */
5996                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5997                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5998                         cond_resched();
5999                 }
6000                 pfn++;
6001         }
6002 }
6003
6004 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6005 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6006                                    unsigned long start_pfn,
6007                                    unsigned long nr_pages,
6008                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6009 {
6010         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6011         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6012         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6013         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6014         unsigned long start = jiffies;
6015         int nid = pgdat->node_id;
6016
6017         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6018                 return;
6019
6020         /*
6021          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
6022          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6023          * the end of that region and start processing the device pages.
6024          */
6025         if (altmap) {
6026                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6027                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6028         }
6029
6030         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6031                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6032
6033                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6034
6035                 /*
6036                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6037                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6038                  *
6039                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6040                  * the flag as we are still initializing the pages.
6041                  */
6042                 __SetPageReserved(page);
6043
6044                 /*
6045                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6046                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6047                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6048                  */
6049                 page->pgmap = pgmap;
6050                 page->zone_device_data = NULL;
6051
6052                 /*
6053                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6054                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6055                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6056                  * the address space during boot when many long-lived
6057                  * kernel allocations are made.
6058                  *
6059                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6060                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6061                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6062                  * pfn out of zone.
6063                  *
6064                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6065                  * because this is done early in section_activate()
6066                  */
6067                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6068                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6069                         cond_resched();
6070                 }
6071         }
6072
6073         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6074                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6075 }
6076
6077 #endif
6078 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6079 {
6080         unsigned int order, t;
6081         for_each_migratetype_order(order, t) {
6082                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6083                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6084         }
6085 }
6086
6087 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6088                                   unsigned long zone,
6089                                   unsigned long range_start_pfn)
6090 {
6091         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6092         unsigned long range_end_pfn = range_start_pfn + size;
6093         int i;
6094
6095         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6096                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6097                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6098
6099                 if (end_pfn > start_pfn) {
6100                         size = end_pfn - start_pfn;
6101                         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn,
6102                                          MEMMAP_EARLY, NULL);
6103                 }
6104         }
6105 }
6106
6107 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6108 {
6109 #ifdef CONFIG_MMU
6110         int batch;
6111
6112         /*
6113          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6114          * size of the zone.
6115          */
6116         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6117         /* But no more than a meg. */
6118         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6119                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6120         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6121         if (batch < 1)
6122                 batch = 1;
6123
6124         /*
6125          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6126          * of 2 value was found to be more likely to have
6127          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6128          *
6129          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6130          * batches of pages, one task can end up with a lot
6131          * of pages of one half of the possible page colors
6132          * and the other with pages of the other colors.
6133          */
6134         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6135
6136         return batch;
6137
6138 #else
6139         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6140          * conditions.
6141          *
6142          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6143          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6144          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6145          *
6146          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6147          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6148          * can be a significant delay between the individual batches being
6149          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6150          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6151          */
6152         return 0;
6153 #endif
6154 }
6155
6156 /*
6157  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6158  * ->batch must never be higher then ->high.
6159  * The following function updates them in a safe manner without read side
6160  * locking.
6161  *
6162  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6163  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
6164  *
6165  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6166  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6167  * exist).
6168  */
6169 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6170                 unsigned long batch)
6171 {
6172        /* start with a fail safe value for batch */
6173         pcp->batch = 1;
6174         smp_wmb();
6175
6176        /* Update high, then batch, in order */
6177         pcp->high = high;
6178         smp_wmb();
6179
6180         pcp->batch = batch;
6181 }
6182
6183 /* a companion to pageset_set_high() */
6184 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6185 {
6186         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6187 }
6188
6189 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6190 {
6191         struct per_cpu_pages *pcp;
6192         int migratetype;
6193
6194         memset(p, 0, sizeof(*p));
6195
6196         pcp = &p->pcp;
6197         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6198                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6199 }
6200
6201 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6202 {
6203         pageset_init(p);
6204         pageset_set_batch(p, batch);
6205 }
6206
6207 /*
6208  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6209  * to the value high for the pageset p.
6210  */
6211 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6212                                 unsigned long high)
6213 {
6214         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6215         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6216                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6217
6218         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6219 }
6220
6221 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6222                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6223 {
6224         if (percpu_pagelist_fraction)
6225                 pageset_set_high(pcp,
6226                         (zone_managed_pages(zone) /
6227                                 percpu_pagelist_fraction));
6228         else
6229                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6230 }
6231
6232 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6233 {
6234         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6235
6236         pageset_init(pcp);
6237         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6238 }
6239
6240 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6241 {
6242         int cpu;
6243         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6244         for_each_possible_cpu(cpu)
6245                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6246 }
6247
6248 /*
6249  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6250  * Before this call only boot pagesets were available.
6251  */
6252 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6253 {
6254         struct pglist_data *pgdat;
6255         struct zone *zone;
6256
6257         for_each_populated_zone(zone)
6258                 setup_zone_pageset(zone);
6259
6260         for_each_online_pgdat(pgdat)
6261                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6262                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6263 }
6264
6265 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6266 {
6267         /*
6268          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6269          * relies on the ability of the linker to provide the
6270          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6271          */
6272         zone->pageset = &boot_pageset;
6273
6274         if (populated_zone(zone))
6275                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6276                         zone->name, zone->present_pages,
6277                                          zone_batchsize(zone));
6278 }
6279
6280 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6281                                         unsigned long zone_start_pfn,
6282                                         unsigned long size)
6283 {
6284         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6285         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6286
6287         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6288                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6289
6290         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6291
6292         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6293                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6294                         pgdat->node_id,
6295                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6296                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6297
6298         zone_init_free_lists(zone);
6299         zone->initialized = 1;
6300 }
6301
6302 /**
6303  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
6304  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
6305  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
6306  *
6307  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
6308  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
6309  * memblock_free_early_nid() manually.
6310  */
6311 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
6312 {
6313         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6314         int i, this_nid;
6315
6316         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
6317                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
6318                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
6319
6320                 if (start_pfn < end_pfn)
6321                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
6322                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
6323                                         this_nid);
6324         }
6325 }
6326
6327 /**
6328  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
6329  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
6330  *
6331  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
6332  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
6333  */
6334 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
6335 {
6336         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6337         int i, this_nid;
6338
6339         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
6340                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
6341 }
6342
6343 /**
6344  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6345  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6346  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6347  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6348  *
6349  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6350  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6351  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6352  * PFNs will be 0.
6353  */
6354 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6355                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6356 {
6357         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6358         int i;
6359
6360         *start_pfn = -1UL;
6361         *end_pfn = 0;
6362
6363         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6364                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6365                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6366         }
6367
6368         if (*start_pfn == -1UL)
6369                 *start_pfn = 0;
6370 }
6371
6372 /*
6373  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6374  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6375  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6376  */
6377 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6378 {
6379         int zone_index;
6380         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6381                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6382                         continue;
6383
6384                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6385                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6386                         break;
6387         }
6388
6389         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6390         movable_zone = zone_index;
6391 }
6392
6393 /*
6394  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6395  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6396  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6397  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6398  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6399  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6400  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6401  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6402  */
6403 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6404                                         unsigned long zone_type,
6405                                         unsigned long node_start_pfn,
6406                                         unsigned long node_end_pfn,
6407                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6408                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6409 {
6410         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6411         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6412                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6413                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6414                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6415                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6416                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6417
6418                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6419                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6420                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6421                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6422                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6423
6424                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6425                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6426                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6427         }
6428 }
6429
6430 /*
6431  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6432  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6433  */
6434 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6435                                         unsigned long zone_type,
6436                                         unsigned long node_start_pfn,
6437                                         unsigned long node_end_pfn,
6438                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6439                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6440                                         unsigned long *ignored)
6441 {
6442         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6443         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6444         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6445         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6446                 return 0;
6447
6448         /* Get the start and end of the zone */
6449         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6450         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6451         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6452                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6453                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6454
6455         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6456         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6457                 return 0;
6458
6459         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6460         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6461         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6462
6463         /* Return the spanned pages */
6464         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6465 }
6466
6467 /*
6468  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6469  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6470  */
6471 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6472                                 unsigned long range_start_pfn,
6473                                 unsigned long range_end_pfn)
6474 {
6475         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6476         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6477         int i;
6478
6479         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6480                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6481                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6482                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6483         }
6484         return nr_absent;
6485 }
6486
6487 /**
6488  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6489  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6490  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6491  *
6492  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6493  */
6494 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6495                                                         unsigned long end_pfn)
6496 {
6497         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6498 }
6499
6500 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6501 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6502                                         unsigned long zone_type,
6503                                         unsigned long node_start_pfn,
6504                                         unsigned long node_end_pfn,
6505                                         unsigned long *ignored)
6506 {
6507         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6508         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6509         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6510         unsigned long nr_absent;
6511
6512         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6513         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6514                 return 0;
6515
6516         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6517         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6518
6519         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6520                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6521                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6522         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6523
6524         /*
6525          * ZONE_MOVABLE handling.
6526          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6527          * and vice versa.
6528          */
6529         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6530                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6531                 struct memblock_region *r;
6532
6533                 for_each_memblock(memory, r) {
6534                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6535                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6536                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6537                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6538
6539                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6540                             memblock_is_mirror(r))
6541                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6542
6543                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6544                             !memblock_is_mirror(r))
6545                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6546                 }
6547         }
6548
6549         return nr_absent;
6550 }
6551
6552 static inline unsigned long __init compat_zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6553                                         unsigned long zone_type,
6554                                         unsigned long node_start_pfn,
6555                                         unsigned long node_end_pfn,
6556                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6557                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6558                                         unsigned long *zones_size)
6559 {
6560         unsigned int zone;
6561
6562         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6563         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6564                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6565
6566         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6567
6568         return zones_size[zone_type];
6569 }
6570
6571 static inline unsigned long __init compat_zone_absent_pages_in_node(int nid,
6572                                                 unsigned long zone_type,
6573                                                 unsigned long node_start_pfn,
6574                                                 unsigned long node_end_pfn,
6575                                                 unsigned long *zholes_size)
6576 {
6577         if (!zholes_size)
6578                 return 0;
6579
6580         return zholes_size[zone_type];
6581 }
6582
6583 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6584                                                 unsigned long node_start_pfn,
6585                                                 unsigned long node_end_pfn,
6586                                                 unsigned long *zones_size,
6587                                                 unsigned long *zholes_size,
6588                                                 bool compat)
6589 {
6590         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6591         enum zone_type i;
6592
6593         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6594                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6595                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6596                 unsigned long spanned, absent;
6597                 unsigned long size, real_size;
6598
6599                 if (compat) {
6600                         spanned = compat_zone_spanned_pages_in_node(
6601                                                 pgdat->node_id, i,
6602                                                 node_start_pfn,
6603                                                 node_end_pfn,
6604                                                 &zone_start_pfn,
6605                                                 &zone_end_pfn,
6606                                                 zones_size);
6607                         absent = compat_zone_absent_pages_in_node(
6608                                                 pgdat->node_id, i,
6609                                                 node_start_pfn,
6610                                                 node_end_pfn,
6611                                                 zholes_size);
6612                 } else {
6613                         spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6614                                                 node_start_pfn,
6615                                                 node_end_pfn,
6616                                                 &zone_start_pfn,
6617                                                 &zone_end_pfn,
6618                                                 zones_size);
6619                         absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6620                                                 node_start_pfn,
6621                                                 node_end_pfn,
6622                                                 zholes_size);
6623                 }
6624
6625                 size = spanned;
6626                 real_size = size - absent;
6627
6628                 if (size)
6629                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6630                 else
6631                         zone->zone_start_pfn = 0;
6632                 zone->spanned_pages = size;
6633                 zone->present_pages = real_size;
6634
6635                 totalpages += size;
6636                 realtotalpages += real_size;
6637         }
6638
6639         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6640         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6641         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6642                                                         realtotalpages);
6643 }
6644
6645 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6646 /*
6647  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6648  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6649  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6650  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6651  * bytes.
6652  */
6653 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6654 {
6655         unsigned long usemapsize;
6656
6657         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6658         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6659         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6660         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6661         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6662
6663         return usemapsize / 8;
6664 }
6665
6666 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6667                                 struct zone *zone,
6668                                 unsigned long zone_start_pfn,
6669                                 unsigned long zonesize)
6670 {
6671         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6672         zone->pageblock_flags = NULL;
6673         if (usemapsize) {
6674                 zone->pageblock_flags =
6675                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6676                                             pgdat->node_id);
6677                 if (!zone->pageblock_flags)
6678                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6679                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6680         }
6681 }
6682 #else
6683 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6684                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6685 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6686
6687 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6688
6689 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6690 void __init set_pageblock_order(void)
6691 {
6692         unsigned int order;
6693
6694         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6695         if (pageblock_order)
6696                 return;
6697
6698         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6699                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6700         else
6701                 order = MAX_ORDER - 1;
6702
6703         /*
6704          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6705          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6706          * powerpc.
6707          */
6708         pageblock_order = order;
6709 }
6710 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6711
6712 /*
6713  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6714  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6715  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6716  * the kernel config
6717  */
6718 void __init set_pageblock_order(void)
6719 {
6720 }
6721
6722 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6723
6724 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6725                                                 unsigned long present_pages)
6726 {
6727         unsigned long pages = spanned_pages;
6728
6729         /*
6730          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6731          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6732          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6733          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6734          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6735          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6736          */
6737         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6738             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6739                 pages = present_pages;
6740
6741         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6742 }
6743
6744 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6745 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6746 {
6747         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6748
6749         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6750         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6751         ds_queue->split_queue_len = 0;
6752 }
6753 #else
6754 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6755 #endif
6756
6757 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6758 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6759 {
6760         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6761 }
6762 #else
6763 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6764 #endif
6765
6766 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6767 {
6768         pgdat_resize_init(pgdat);
6769
6770         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6771         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6772
6773         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6774         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6775
6776         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6777         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6778         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
6779 }
6780
6781 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6782                                                         unsigned long remaining_pages)
6783 {
6784         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6785         zone_set_nid(zone, nid);
6786         zone->name = zone_names[idx];
6787         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6788         spin_lock_init(&zone->lock);
6789         zone_seqlock_init(zone);
6790         zone_pcp_init(zone);
6791 }
6792
6793 /*
6794  * Set up the zone data structures
6795  * - init pgdat internals
6796  * - init all zones belonging to this node
6797  *
6798  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6799  */
6800 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6801 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6802 {
6803         enum zone_type z;
6804         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6805
6806         pgdat_init_internals(pgdat);
6807         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6808                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6809 }
6810 #endif
6811
6812 /*
6813  * Set up the zone data structures:
6814  *   - mark all pages reserved
6815  *   - mark all memory queues empty
6816  *   - clear the memory bitmaps
6817  *
6818  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6819  * NOTE: this function is only called during early init.
6820  */
6821 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6822 {
6823         enum zone_type j;
6824         int nid = pgdat->node_id;
6825
6826         pgdat_init_internals(pgdat);
6827         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6828
6829         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6830                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6831                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6832                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6833
6834                 size = zone->spanned_pages;
6835                 freesize = zone->present_pages;
6836
6837                 /*
6838                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6839                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6840                  * and per-cpu initialisations
6841                  */
6842                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6843                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6844                         if (freesize >= memmap_pages) {
6845                                 freesize -= memmap_pages;
6846                                 if (memmap_pages)
6847                                         printk(KERN_DEBUG
6848                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6849                                                zone_names[j], memmap_pages);
6850                         } else
6851                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6852                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6853                 }
6854
6855                 /* Account for reserved pages */
6856                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6857                         freesize -= dma_reserve;
6858                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6859                                         zone_names[0], dma_reserve);
6860                 }
6861
6862                 if (!is_highmem_idx(j))
6863                         nr_kernel_pages += freesize;
6864                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6865                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6866                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6867                 nr_all_pages += freesize;
6868
6869                 /*
6870                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6871                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6872                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6873                  */
6874                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6875
6876                 if (!size)
6877                         continue;
6878
6879                 set_pageblock_order();
6880                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6881                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6882                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6883         }
6884 }
6885
6886 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6887 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6888 {
6889         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6890         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6891
6892         /* Skip empty nodes */
6893         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6894                 return;
6895
6896         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6897         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6898         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6899         if (!pgdat->node_mem_map) {
6900                 unsigned long size, end;
6901                 struct page *map;
6902
6903                 /*
6904                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6905                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6906                  * for the buddy allocator to function correctly.
6907                  */
6908                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6909                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6910                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6911                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6912                                           pgdat->node_id);
6913                 if (!map)
6914                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6915                               size, pgdat->node_id);
6916                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6917         }
6918         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6919                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6920                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6921 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6922         /*
6923          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6924          */
6925         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6926                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6927                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6928                         mem_map -= offset;
6929         }
6930 #endif
6931 }
6932 #else
6933 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6934 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6935
6936 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6937 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6938 {
6939         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6940 }
6941 #else
6942 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6943 #endif
6944
6945 static void __init __free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6946                                          unsigned long node_start_pfn,
6947                                          unsigned long *zholes_size,
6948                                          bool compat)
6949 {
6950         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6951         unsigned long start_pfn = 0;
6952         unsigned long end_pfn = 0;
6953
6954         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6955         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6956
6957         pgdat->node_id = nid;
6958         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6959         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6960         if (!compat) {
6961                 get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6962                 pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6963                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6964                         end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6965         } else {
6966                 start_pfn = node_start_pfn;
6967         }
6968         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6969                                   zones_size, zholes_size, compat);
6970
6971         alloc_node_mem_map(pgdat);
6972         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6973
6974         free_area_init_core(pgdat);
6975 }
6976
6977 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6978                                 unsigned long node_start_pfn,
6979                                 unsigned long *zholes_size)
6980 {
6981         __free_area_init_node(nid, zones_size, node_start_pfn, zholes_size,
6982                               true);
6983 }
6984
6985 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6986 /*
6987  * Initialize all valid struct pages in the range [spfn, epfn) and mark them
6988  * PageReserved(). Return the number of struct pages that were initialized.
6989  */
6990 static u64 __init init_unavailable_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6991 {
6992         unsigned long pfn;
6993         u64 pgcnt = 0;
6994
6995         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6996                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6997                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6998                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6999                         continue;
7000                 }
7001                 /*
7002                  * Use a fake node/zone (0) for now. Some of these pages
7003                  * (in memblock.reserved but not in memblock.memory) will
7004                  * get re-initialized via reserve_bootmem_region() later.
7005                  */
7006                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, 0, 0);
7007                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
7008                 pgcnt++;
7009         }
7010
7011         return pgcnt;
7012 }
7013
7014 /*
7015  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
7016  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
7017  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
7018  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
7019  * flags). We must explicitly initialize those struct pages.
7020  *
7021  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
7022  * uninitialized because the physical address range is not covered by
7023  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
7024  * layout is manually configured via memmap=, or when the highest physical
7025  * address (max_pfn) does not end on a section boundary.
7026  */
7027 static void __init init_unavailable_mem(void)
7028 {
7029         phys_addr_t start, end;
7030         u64 i, pgcnt;
7031         phys_addr_t next = 0;
7032
7033         /*
7034          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
7035          */
7036         pgcnt = 0;
7037         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
7038                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
7039                 if (next < start)
7040                         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
7041                                                         PFN_UP(start));
7042                 next = end;
7043         }
7044
7045         /*
7046          * Early sections always have a fully populated memmap for the whole
7047          * section - see pfn_valid(). If the last section has holes at the
7048          * end and that section is marked "online", the memmap will be
7049          * considered initialized. Make sure that memmap has a well defined
7050          * state.
7051          */
7052         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
7053                                         round_up(max_pfn, PAGES_PER_SECTION));
7054
7055         /*
7056          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
7057          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
7058          */
7059         if (pgcnt)
7060                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
7061 }
7062 #else
7063 static inline void __init init_unavailable_mem(void)
7064 {
7065 }
7066 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7067
7068 #if MAX_NUMNODES > 1
7069 /*
7070  * Figure out the number of possible node ids.
7071  */
7072 void __init setup_nr_node_ids(void)
7073 {
7074         unsigned int highest;
7075
7076         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7077         nr_node_ids = highest + 1;
7078 }
7079 #endif
7080
7081 /**
7082  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7083  *
7084  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7085  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7086  * all the nodes.
7087  *
7088  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7089  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7090  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7091  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7092  *
7093  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7094  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7095  * populated node map.
7096  *
7097  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7098  * requirement (single node).
7099  */
7100 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7101 {
7102         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7103         unsigned long start, end, mask;
7104         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7105         int i, nid;
7106
7107         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7108                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7109                         last_nid = nid;
7110                         last_end = end;
7111                         continue;
7112                 }
7113
7114                 /*
7115                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7116                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7117                  * too coarse to separate the current node from the last.
7118                  */
7119                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7120                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7121                         mask <<= 1;
7122
7123                 /* accumulate all internode masks */
7124                 accl_mask |= mask;
7125         }
7126
7127         /* convert mask to number of pages */
7128         return ~accl_mask + 1;
7129 }
7130
7131 /* Find the lowest pfn for a node */
7132 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
7133 {
7134         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
7135         unsigned long start_pfn;
7136         int i;
7137
7138         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
7139                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
7140
7141         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
7142                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
7143                 return 0;
7144         }
7145
7146         return min_pfn;
7147 }
7148
7149 /**
7150  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7151  *
7152  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7153  * memblock_set_node().
7154  */
7155 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7156 {
7157         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
7158 }
7159
7160 /*
7161  * early_calculate_totalpages()
7162  * Sum pages in active regions for movable zone.
7163  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7164  */
7165 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7166 {
7167         unsigned long totalpages = 0;
7168         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7169         int i, nid;
7170
7171         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7172                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7173
7174                 totalpages += pages;
7175                 if (pages)
7176                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7177         }
7178         return totalpages;
7179 }
7180
7181 /*
7182  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7183  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7184  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7185  * others
7186  */
7187 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7188 {
7189         int i, nid;
7190         unsigned long usable_startpfn;
7191         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7192         /* save the state before borrow the nodemask */
7193         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7194         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7195         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7196         struct memblock_region *r;
7197
7198         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7199         find_usable_zone_for_movable();
7200
7201         /*
7202          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7203          * options.
7204          */
7205         if (movable_node_is_enabled()) {
7206                 for_each_memblock(memory, r) {
7207                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7208                                 continue;
7209
7210                         nid = memblock_get_region_node(r);
7211
7212                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7213                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7214                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7215                                 usable_startpfn;
7216                 }
7217
7218                 goto out2;
7219         }
7220
7221         /*
7222          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7223          */
7224         if (mirrored_kernelcore) {
7225                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7226
7227                 for_each_memblock(memory, r) {
7228                         if (memblock_is_mirror(r))
7229                                 continue;
7230
7231                         nid = memblock_get_region_node(r);
7232
7233                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7234
7235                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7236                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7237                                 continue;
7238                         }
7239
7240                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7241                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7242                                 usable_startpfn;
7243                 }
7244
7245                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7246                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
7247
7248                 goto out2;
7249         }
7250
7251         /*
7252          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7253          * amount of necessary memory.
7254          */
7255         if (required_kernelcore_percent)
7256                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7257                                        10000UL;
7258         if (required_movablecore_percent)
7259                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7260                                         10000UL;
7261
7262         /*
7263          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7264          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7265          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7266          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7267          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7268          * what movablecore would have allowed.
7269          */
7270         if (required_movablecore) {
7271                 unsigned long corepages;
7272
7273                 /*
7274                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7275                  * was requested by the user
7276                  */
7277                 required_movablecore =
7278                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7279                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7280                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7281
7282                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7283         }
7284
7285         /*
7286          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7287          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7288          */
7289         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7290                 goto out;
7291
7292         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7293         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7294
7295 restart:
7296         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7297         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7298         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7299                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7300
7301                 /*
7302                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7303                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7304                  * amount of memory for the kernel
7305                  */
7306                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7307                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7308
7309                 /*
7310                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7311                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7312                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7313                  */
7314                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7315
7316                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7317                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7318                         unsigned long size_pages;
7319
7320                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7321                         if (start_pfn >= end_pfn)
7322                                 continue;
7323
7324                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7325                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7326                                 unsigned long kernel_pages;
7327                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7328                                                                 - start_pfn;
7329
7330                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7331                                                         kernelcore_remaining);
7332                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7333                                                         required_kernelcore);
7334
7335                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7336                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7337
7338                                         /*
7339                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7340                                          * that if we have to rebalance
7341                                          * kernelcore across nodes, we will
7342                                          * not double account here
7343                                          */
7344                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7345                                         continue;
7346                                 }
7347                                 start_pfn = usable_startpfn;
7348                         }
7349
7350                         /*
7351                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7352                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7353                          * number of pages used as kernelcore
7354                          */
7355                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7356                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7357                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7358                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7359
7360                         /*
7361                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7362                          * break if the kernelcore for this node has been
7363                          * satisfied
7364                          */
7365                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7366                                                                 size_pages);
7367                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7368                         if (!kernelcore_remaining)
7369                                 break;
7370                 }
7371         }
7372
7373         /*
7374          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7375          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7376          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7377          * satisfied
7378          */
7379         usable_nodes--;
7380         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7381                 goto restart;
7382
7383 out2:
7384         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7385         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7386                 zone_movable_pfn[nid] =
7387                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7388
7389 out:
7390         /* restore the node_state */
7391         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7392 }
7393
7394 /* Any regular or high memory on that node ? */
7395 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7396 {
7397         enum zone_type zone_type;
7398
7399         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7400                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7401                 if (populated_zone(zone)) {
7402                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7403                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7404                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7405                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7406                         break;
7407                 }
7408         }
7409 }
7410
7411 /*
7412  * Some architecturs, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7413  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7414  */
7415 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7416 {
7417         return false;
7418 }
7419
7420 /**
7421  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7422  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7423  *
7424  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7425  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7426  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7427  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7428  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7429  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7430  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7431  * at arch_max_dma_pfn.
7432  */
7433 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7434 {
7435         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7436         int i, nid, zone;
7437         bool descending;
7438
7439         /* Record where the zone boundaries are */
7440         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7441                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7442         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7443                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7444
7445         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7446         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7447
7448         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7449                 if (descending)
7450                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7451                 else
7452                         zone = i;
7453
7454                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7455                         continue;
7456
7457                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7458                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7459                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7460
7461                 start_pfn = end_pfn;
7462         }
7463
7464         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7465         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7466         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7467
7468         /* Print out the zone ranges */
7469         pr_info("Zone ranges:\n");
7470         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7471                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7472                         continue;
7473                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7474                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7475                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7476                         pr_cont("empty\n");
7477                 else
7478                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7479                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7480                                         << PAGE_SHIFT,
7481                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7482                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7483         }
7484
7485         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7486         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7487         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7488                 if (zone_movable_pfn[i])
7489                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7490                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7491         }
7492
7493         /*
7494          * Print out the early node map, and initialize the
7495          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7496          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7497          */
7498         pr_info("Early memory node ranges\n");
7499         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7500                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7501                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7502                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7503                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7504         }
7505
7506         /* Initialise every node */
7507         mminit_verify_pageflags_layout();
7508         setup_nr_node_ids();
7509         init_unavailable_mem();
7510         for_each_online_node(nid) {
7511                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7512                 __free_area_init_node(nid, NULL,
7513                                       find_min_pfn_for_node(nid), NULL, false);
7514
7515                 /* Any memory on that node */
7516                 if (pgdat->node_present_pages)
7517                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7518                 check_for_memory(pgdat, nid);
7519         }
7520 }
7521
7522 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7523                                      unsigned long *percent)
7524 {
7525         unsigned long long coremem;
7526         char *endptr;
7527
7528         if (!p)
7529                 return -EINVAL;
7530
7531         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7532         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7533         if (*endptr == '%') {
7534                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7535                 WARN_ON(coremem > 100);
7536
7537                 *percent = coremem;
7538         } else {
7539                 coremem = memparse(p, &p);
7540                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7541                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7542
7543                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7544                 *percent = 0UL;
7545         }
7546         return 0;
7547 }
7548
7549 /*
7550  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7551  * cannot be reclaimed or migrated.
7552  */
7553 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7554 {
7555         /* parse kernelcore=mirror */
7556         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7557                 mirrored_kernelcore = true;
7558                 return 0;
7559         }
7560
7561         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7562                                   &required_kernelcore_percent);
7563 }
7564
7565 /*
7566  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7567  * can be reclaimed or migrated.
7568  */
7569 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7570 {
7571         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7572                                   &required_movablecore_percent);
7573 }
7574
7575 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7576 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7577
7578 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7579 {
7580         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7581         totalram_pages_add(count);
7582 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7583         if (PageHighMem(page))
7584                 totalhigh_pages_add(count);
7585 #endif
7586 }
7587 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7588
7589 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7590 {
7591         void *pos;
7592         unsigned long pages = 0;
7593
7594         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7595         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7596         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7597                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7598                 void *direct_map_addr;
7599
7600                 /*
7601                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7602                  * because some architectures' virt_to_page()
7603                  * work with aliases.  Getting the direct map
7604                  * address ensures that we get a _writeable_
7605                  * alias for the memset().
7606                  */
7607                 direct_map_addr = page_address(page);
7608                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7609                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7610
7611                 free_reserved_page(page);
7612         }
7613
7614         if (pages && s)
7615                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7616                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7617
7618         return pages;
7619 }
7620
7621 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7622 void free_highmem_page(struct page *page)
7623 {
7624         __free_reserved_page(page);
7625         totalram_pages_inc();
7626         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7627         totalhigh_pages_inc();
7628 }
7629 #endif
7630
7631
7632 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7633 {
7634         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7635         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7636
7637         physpages = get_num_physpages();
7638         codesize = _etext - _stext;
7639         datasize = _edata - _sdata;
7640         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7641         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7642         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7643         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7644
7645         /*
7646          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7647          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7648          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7649          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7650          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7651          */
7652 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7653         do { \
7654                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7655                         size -= adj; \
7656         } while (0)
7657
7658         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7659                      _sinittext, init_code_size);
7660         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7661         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7662         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7663         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7664
7665 #undef  adj_init_size
7666
7667         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7668 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7669                 ", %luK highmem"
7670 #endif
7671                 "%s%s)\n",
7672                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7673                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7674                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7675                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7676                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7677                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7678 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7679                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7680 #endif
7681                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7682 }
7683
7684 /**
7685  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7686  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7687  *
7688  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7689  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7690  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7691  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7692  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7693  * smaller per-cpu batchsize.
7694  */
7695 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7696 {
7697         dma_reserve = new_dma_reserve;
7698 }
7699
7700 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7701 {
7702
7703         lru_add_drain_cpu(cpu);
7704         drain_pages(cpu);
7705
7706         /*
7707          * Spill the event counters of the dead processor
7708          * into the current processors event counters.
7709          * This artificially elevates the count of the current
7710          * processor.
7711          */
7712         vm_events_fold_cpu(cpu);
7713
7714         /*
7715          * Zero the differential counters of the dead processor
7716          * so that the vm statistics are consistent.
7717          *
7718          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7719          * race with what we are doing.
7720          */
7721         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7722         return 0;
7723 }
7724
7725 #ifdef CONFIG_NUMA
7726 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7727
7728 static int __init set_hashdist(char *str)
7729 {
7730         if (!str)
7731                 return 0;
7732         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7733         return 1;
7734 }
7735 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7736 #endif
7737
7738 void __init page_alloc_init(void)
7739 {
7740         int ret;
7741
7742 #ifdef CONFIG_NUMA
7743         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7744                 hashdist = 0;
7745 #endif
7746
7747         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7748                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7749                                         page_alloc_cpu_dead);
7750         WARN_ON(ret < 0);
7751 }
7752
7753 /*
7754  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7755  *      or min_free_kbytes changes.
7756  */
7757 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7758 {
7759         struct pglist_data *pgdat;
7760         unsigned long reserve_pages = 0;
7761         enum zone_type i, j;
7762
7763         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7764
7765                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7766
7767                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7768                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7769                         long max = 0;
7770                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7771
7772                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7773                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7774                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7775                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7776                         }
7777
7778                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7779                         max += high_wmark_pages(zone);
7780
7781                         if (max > managed_pages)
7782                                 max = managed_pages;
7783
7784                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7785
7786                         reserve_pages += max;
7787                 }
7788         }
7789         totalreserve_pages = reserve_pages;
7790 }
7791
7792 /*
7793  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7794  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7795  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7796  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7797  */
7798 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7799 {
7800         struct pglist_data *pgdat;
7801         enum zone_type j, idx;
7802
7803         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7804                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7805                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7806                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7807
7808                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7809
7810                         idx = j;
7811                         while (idx) {
7812                                 struct zone *lower_zone;
7813
7814                                 idx--;
7815                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7816
7817                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7818                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7819                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7820                                 } else {
7821                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7822                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7823                                 }
7824                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7825                         }
7826                 }
7827         }
7828
7829         /* update totalreserve_pages */
7830         calculate_totalreserve_pages();
7831 }
7832
7833 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7834 {
7835         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7836         unsigned long lowmem_pages = 0;
7837         struct zone *zone;
7838         unsigned long flags;
7839
7840         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7841         for_each_zone(zone) {
7842                 if (!is_highmem(zone))
7843                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7844         }
7845
7846         for_each_zone(zone) {
7847                 u64 tmp;
7848
7849                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7850                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7851                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7852                 if (is_highmem(zone)) {
7853                         /*
7854                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7855                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7856                          * value here.
7857                          *
7858                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7859                          * deltas control async page reclaim, and so should
7860                          * not be capped for highmem.
7861                          */
7862                         unsigned long min_pages;
7863
7864                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7865                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7866                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7867                 } else {
7868                         /*
7869                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7870                          * proportionate to the zone's size.
7871                          */
7872                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7873                 }
7874
7875                 /*
7876                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7877                  * scale factor in proportion to available memory, but
7878                  * ensure a minimum size on small systems.
7879                  */
7880                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7881                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7882                                       watermark_scale_factor, 10000));
7883
7884                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7885                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7886                 zone->watermark_boost = 0;
7887
7888                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7889         }
7890
7891         /* update totalreserve_pages */
7892         calculate_totalreserve_pages();
7893 }
7894
7895 /**
7896  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7897  * or when memory is hot-{added|removed}
7898  *
7899  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7900  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7901  */
7902 void setup_per_zone_wmarks(void)
7903 {
7904         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7905
7906         spin_lock(&lock);
7907         __setup_per_zone_wmarks();
7908         spin_unlock(&lock);
7909 }
7910
7911 /*
7912  * Initialise min_free_kbytes.
7913  *
7914  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7915  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7916  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7917  *
7918  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7919  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7920  *
7921  * which yields
7922  *
7923  * 16MB:        512k
7924  * 32MB:        724k
7925  * 64MB:        1024k
7926  * 128MB:       1448k
7927  * 256MB:       2048k
7928  * 512MB:       2896k
7929  * 1024MB:      4096k
7930  * 2048MB:      5792k
7931  * 4096MB:      8192k
7932  * 8192MB:      11584k
7933  * 16384MB:     16384k
7934  */
7935 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7936 {
7937         unsigned long lowmem_kbytes;
7938         int new_min_free_kbytes;
7939
7940         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7941         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7942
7943         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7944                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7945                 if (min_free_kbytes < 128)
7946                         min_free_kbytes = 128;
7947                 if (min_free_kbytes > 262144)
7948                         min_free_kbytes = 262144;
7949         } else {
7950                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7951                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7952         }
7953         setup_per_zone_wmarks();
7954         refresh_zone_stat_thresholds();
7955         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7956
7957 #ifdef CONFIG_NUMA
7958         setup_min_unmapped_ratio();
7959         setup_min_slab_ratio();
7960 #endif
7961
7962         return 0;
7963 }
7964 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7965
7966 /*
7967  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7968  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7969  *      changes.
7970  */
7971 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7972         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7973 {
7974         int rc;
7975
7976         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7977         if (rc)
7978                 return rc;
7979
7980         if (write) {
7981                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7982                 setup_per_zone_wmarks();
7983         }
7984         return 0;
7985 }
7986
7987 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7988         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7989 {
7990         int rc;
7991
7992         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7993         if (rc)
7994                 return rc;
7995
7996         return 0;
7997 }
7998
7999 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8000         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8001 {
8002         int rc;
8003
8004         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8005         if (rc)
8006                 return rc;
8007
8008         if (write)
8009                 setup_per_zone_wmarks();
8010
8011         return 0;
8012 }
8013
8014 #ifdef CONFIG_NUMA
8015 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8016 {
8017         pg_data_t *pgdat;
8018         struct zone *zone;
8019
8020         for_each_online_pgdat(pgdat)
8021                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8022
8023         for_each_zone(zone)
8024                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8025                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8026 }
8027
8028
8029 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8030         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8031 {
8032         int rc;
8033
8034         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8035         if (rc)
8036                 return rc;
8037
8038         setup_min_unmapped_ratio();
8039
8040         return 0;
8041 }
8042
8043 static void setup_min_slab_ratio(void)
8044 {
8045         pg_data_t *pgdat;
8046         struct zone *zone;
8047
8048         for_each_online_pgdat(pgdat)
8049                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8050
8051         for_each_zone(zone)
8052                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8053                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8054 }
8055
8056 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8057         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8058 {
8059         int rc;
8060
8061         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8062         if (rc)
8063                 return rc;
8064
8065         setup_min_slab_ratio();
8066
8067         return 0;
8068 }
8069 #endif
8070
8071 /*
8072  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8073  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8074  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8075  *
8076  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8077  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8078  * if in function of the boot time zone sizes.
8079  */
8080 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8081         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8082 {
8083         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8084         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8085         return 0;
8086 }
8087
8088 static void __zone_pcp_update(struct zone *zone)
8089 {
8090         unsigned int cpu;
8091
8092         for_each_possible_cpu(cpu)
8093                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8094                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8095 }
8096
8097 /*
8098  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8099  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8100  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8101  */
8102 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8103         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8104 {
8105         struct zone *zone;
8106         int old_percpu_pagelist_fraction;
8107         int ret;
8108
8109         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8110         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8111
8112         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8113         if (!write || ret < 0)
8114                 goto out;
8115
8116         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8117         if (percpu_pagelist_fraction &&
8118             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8119                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8120                 ret = -EINVAL;
8121                 goto out;
8122         }
8123
8124         /* No change? */
8125         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8126                 goto out;
8127
8128         for_each_populated_zone(zone)
8129                 __zone_pcp_update(zone);
8130 out:
8131         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8132         return ret;
8133 }
8134
8135 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8136 /*
8137  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8138  * is not known to alloc_large_system_hash().
8139  */
8140 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8141 {
8142         return 0;
8143 }
8144 #endif
8145
8146 /*
8147  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8148  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8149  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8150  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8151  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8152  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8153  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8154  */
8155 #if __BITS_PER_LONG > 32
8156 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8157 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8158 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8159 #endif
8160
8161 /*
8162  * allocate a large system hash table from bootmem
8163  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8164  *   quantity of entries
8165  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8166  */
8167 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8168                                      unsigned long bucketsize,
8169                                      unsigned long numentries,
8170                                      int scale,
8171                                      int flags,
8172                                      unsigned int *_hash_shift,
8173                                      unsigned int *_hash_mask,
8174                                      unsigned long low_limit,
8175                                      unsigned long high_limit)
8176 {
8177         unsigned long long max = high_limit;
8178         unsigned long log2qty, size;
8179         void *table = NULL;
8180         gfp_t gfp_flags;
8181         bool virt;
8182
8183         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8184         if (!numentries) {
8185                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8186                 numentries = nr_kernel_pages;
8187                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8188
8189                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8190                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8191                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8192
8193 #if __BITS_PER_LONG > 32
8194                 if (!high_limit) {
8195                         unsigned long adapt;
8196
8197                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8198                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8199                                 scale++;
8200                 }
8201 #endif
8202
8203                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8204                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8205                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8206                 else
8207                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8208
8209                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8210                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8211                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8212                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8213                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8214                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8215                                 BUG_ON(!numentries);
8216                         }
8217                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8218                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8219         }
8220         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8221
8222         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8223         if (max == 0) {
8224                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8225                 do_div(max, bucketsize);
8226         }
8227         max = min(max, 0x80000000ULL);
8228
8229         if (numentries < low_limit)
8230                 numentries = low_limit;
8231         if (numentries > max)
8232                 numentries = max;
8233
8234         log2qty = ilog2(numentries);
8235
8236         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8237         do {
8238                 virt = false;
8239                 size = bucketsize << log2qty;
8240                 if (flags & HASH_EARLY) {
8241                         if (flags & HASH_ZERO)
8242                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8243                         else
8244                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8245                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8246                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8247                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8248                         virt = true;
8249                 } else {
8250                         /*
8251                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8252                          * some pages at the end of hash table which
8253                          * alloc_pages_exact() automatically does
8254                          */
8255                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8256                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8257                 }
8258         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8259
8260         if (!table)
8261                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8262
8263         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8264                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8265                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8266
8267         if (_hash_shift)
8268                 *_hash_shift = log2qty;
8269         if (_hash_mask)
8270                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8271
8272         return table;
8273 }
8274
8275 /*
8276  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8277  *
8278  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8279  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8280  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8281  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8282  *
8283  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8284  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that that it
8285  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8286  *
8287  */
8288 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8289                                  int migratetype, int flags)
8290 {
8291         unsigned long iter = 0;
8292         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8293
8294         /*
8295          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8296          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8297          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8298          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8299          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8300          */
8301
8302         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8303                 /*
8304                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8305                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8306                  * so consider them movable here.
8307                  */
8308                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8309                         return NULL;
8310
8311                 return page;
8312         }
8313
8314         for (; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8315                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8316                         continue;
8317
8318                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8319
8320                 if (PageReserved(page))
8321                         return page;
8322
8323                 /*
8324                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8325                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8326                  * is movable.
8327                  */
8328                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8329                         continue;
8330
8331                 /*
8332                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8333                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8334                  * We need not scan over tail pages because we don't
8335                  * handle each tail page individually in migration.
8336                  */
8337                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8338                         struct page *head = compound_head(page);
8339                         unsigned int skip_pages;
8340
8341                         if (PageHuge(page)) {
8342                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8343                                         return page;
8344                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8345                                 return page;
8346                         }
8347
8348                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8349                         iter += skip_pages - 1;
8350                         continue;
8351                 }
8352
8353                 /*
8354                  * We can't use page_count without pin a page
8355                  * because another CPU can free compound page.
8356                  * This check already skips compound tails of THP
8357                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8358                  */
8359                 if (!page_ref_count(page)) {
8360                         if (PageBuddy(page))
8361                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8362                         continue;
8363                 }
8364
8365                 /*
8366                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8367                  * page_count() is not 0.
8368                  */
8369                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8370                         continue;
8371
8372                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8373                         continue;
8374
8375                 /*
8376                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8377                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8378                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8379                  */
8380                 /*
8381                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8382                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8383                  *
8384                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8385                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8386                  * page at boot.
8387                  */
8388                 return page;
8389         }
8390         return NULL;
8391 }
8392
8393 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8394 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8395 {
8396         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8397                              pageblock_nr_pages) - 1);
8398 }
8399
8400 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8401 {
8402         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8403                                 pageblock_nr_pages));
8404 }
8405
8406 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8407 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8408                                         unsigned long start, unsigned long end)
8409 {
8410         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8411         unsigned long nr_reclaimed;
8412         unsigned long pfn = start;
8413         unsigned int tries = 0;
8414         int ret = 0;
8415
8416         migrate_prep();
8417
8418         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8419                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8420                         ret = -EINTR;
8421                         break;
8422                 }
8423
8424                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8425                         cc->nr_migratepages = 0;
8426                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8427                         if (!pfn) {
8428                                 ret = -EINTR;
8429                                 break;
8430                         }
8431                         tries = 0;
8432                 } else if (++tries == 5) {
8433                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8434                         break;
8435                 }
8436
8437                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8438                                                         &cc->migratepages);
8439                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8440
8441                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8442                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8443         }
8444         if (ret < 0) {
8445                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8446                 return ret;
8447         }
8448         return 0;
8449 }
8450
8451 /**
8452  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8453  * @start:      start PFN to allocate
8454  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8455  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8456  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8457  *                      in range must have the same migratetype and it must
8458  *                      be either of the two.
8459  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8460  *
8461  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8462  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8463  *
8464  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8465  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8466  * be modified by others.
8467  *
8468  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8469  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8470  * need to be freed with free_contig_range().
8471  */
8472 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8473                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8474 {
8475         unsigned long outer_start, outer_end;
8476         unsigned int order;
8477         int ret = 0;
8478
8479         struct compact_control cc = {
8480                 .nr_migratepages = 0,
8481                 .order = -1,
8482                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8483                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8484                 .ignore_skip_hint = true,
8485                 .no_set_skip_hint = true,
8486                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8487                 .alloc_contig = true,
8488         };
8489         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8490
8491         /*
8492          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8493          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8494          * have different sizes, and due to the way page allocator
8495          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8496          * that page allocator won't try to merge buddies from
8497          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8498          * other migration type.
8499          *
8500          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8501          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8502          * we are interested in).  This will put all the pages in
8503          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8504          *
8505          * When this is done, we take the pages in range from page
8506          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8507          * page allocator will never consider using them.
8508          *
8509          * This lets us mark the pageblocks back as
8510          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8511          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8512          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8513          */
8514
8515         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8516                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8517         if (ret < 0)
8518                 return ret;
8519
8520         /*
8521          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8522          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8523          * which will report the busy page.
8524          *
8525          * It is possible that busy pages could become available before
8526          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8527          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8528          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8529          */
8530         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8531         if (ret && ret != -EBUSY)
8532                 goto done;
8533         ret =0;
8534
8535         /*
8536          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8537          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8538          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8539          * What we are going to do is to allocate all pages from
8540          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8541          *
8542          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8543          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8544          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8545          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8546          * once this is done free the pages we are not interested in.
8547          *
8548          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8549          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8550          */
8551
8552         lru_add_drain_all();
8553
8554         order = 0;
8555         outer_start = start;
8556         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8557                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8558                         outer_start = start;
8559                         break;
8560                 }
8561                 outer_start &= ~0UL << order;
8562         }
8563
8564         if (outer_start != start) {
8565                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8566
8567                 /*
8568                  * outer_start page could be small order buddy page and
8569                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8570                  * in this case to report failed page properly
8571                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8572                  */
8573                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8574                         outer_start = start;
8575         }
8576
8577         /* Make sure the range is really isolated. */
8578         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8579                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8580                         __func__, outer_start, end);
8581                 ret = -EBUSY;
8582                 goto done;
8583         }
8584
8585         /* Grab isolated pages from freelists. */
8586         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8587         if (!outer_end) {
8588                 ret = -EBUSY;
8589                 goto done;
8590         }
8591
8592         /* Free head and tail (if any) */
8593         if (start != outer_start)
8594                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8595         if (end != outer_end)
8596                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8597
8598 done:
8599         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8600                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8601         return ret;
8602 }
8603
8604 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8605                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8606 {
8607         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8608
8609         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8610                                   gfp_mask);
8611 }
8612
8613 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8614                                    unsigned long nr_pages)
8615 {
8616         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8617         struct page *page;
8618
8619         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8620                 page = pfn_to_online_page(i);
8621                 if (!page)
8622                         return false;
8623
8624                 if (page_zone(page) != z)
8625                         return false;
8626
8627                 if (PageReserved(page))
8628                         return false;
8629
8630                 if (page_count(page) > 0)
8631                         return false;
8632
8633                 if (PageHuge(page))
8634                         return false;
8635         }
8636         return true;
8637 }
8638
8639 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8640                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8641 {
8642         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8643
8644         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8645 }
8646
8647 /**
8648  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8649  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8650  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8651  * @nid:        Target node
8652  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8653  *
8654  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8655  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8656  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8657  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8658  *
8659  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8660  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8661  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8662  *
8663  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8664  * __free_page() on each allocated page.
8665  *
8666  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8667  */
8668 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8669                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8670 {
8671         unsigned long ret, pfn, flags;
8672         struct zonelist *zonelist;
8673         struct zone *zone;
8674         struct zoneref *z;
8675
8676         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
8677         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
8678                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
8679                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8680
8681                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
8682                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
8683                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
8684                                 /*
8685                                  * We release the zone lock here because
8686                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
8687                                  * at some point. If there's an allocation
8688                                  * spinning on this lock, it may win the race
8689                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
8690                                  */
8691                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8692                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
8693                                                         gfp_mask);
8694                                 if (!ret)
8695                                         return pfn_to_page(pfn);
8696                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8697                         }
8698                         pfn += nr_pages;
8699                 }
8700                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8701         }
8702         return NULL;
8703 }
8704 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8705
8706 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8707 {
8708         unsigned int count = 0;
8709
8710         for (; nr_pages--; pfn++) {
8711                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8712
8713                 count += page_count(page) != 1;
8714                 __free_page(page);
8715         }
8716         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8717 }
8718
8719 /*
8720  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8721  * page high values need to be recalulated.
8722  */
8723 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8724 {
8725         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8726         __zone_pcp_update(zone);
8727         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8728 }
8729
8730 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8731 {
8732         unsigned long flags;
8733         int cpu;
8734         struct per_cpu_pageset *pset;
8735
8736         /* avoid races with drain_pages()  */
8737         local_irq_save(flags);
8738         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8739                 for_each_online_cpu(cpu) {
8740                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8741                         drain_zonestat(zone, pset);
8742                 }
8743                 free_percpu(zone->pageset);
8744                 zone->pageset = &boot_pageset;
8745         }
8746         local_irq_restore(flags);
8747 }
8748
8749 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8750 /*
8751  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8752  * before calling this.
8753  */
8754 unsigned long
8755 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8756 {
8757         struct page *page;
8758         struct zone *zone;
8759         unsigned int order;
8760         unsigned long pfn;
8761         unsigned long flags;
8762         unsigned long offlined_pages = 0;
8763
8764         /* find the first valid pfn */
8765         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8766                 if (pfn_valid(pfn))
8767                         break;
8768         if (pfn == end_pfn)
8769                 return offlined_pages;
8770
8771         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8772         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8773         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8774         pfn = start_pfn;
8775         while (pfn < end_pfn) {
8776                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8777                         pfn++;
8778                         continue;
8779                 }
8780                 page = pfn_to_page(pfn);
8781                 /*
8782                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8783                  * page_count() is not 0.
8784                  */
8785                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8786                         pfn++;
8787                         offlined_pages++;
8788                         continue;
8789                 }
8790
8791                 BUG_ON(page_count(page));
8792                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8793                 order = page_order(page);
8794                 offlined_pages += 1 << order;
8795                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
8796                 pfn += (1 << order);
8797         }
8798         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8799
8800         return offlined_pages;
8801 }
8802 #endif
8803
8804 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8805 {
8806         struct zone *zone = page_zone(page);
8807         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8808         unsigned long flags;
8809         unsigned int order;
8810
8811         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8812         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8813                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8814
8815                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8816                         break;
8817         }
8818         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8819
8820         return order < MAX_ORDER;
8821 }
8822
8823 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8824 /*
8825  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8826  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8827  * allocation.
8828  */
8829 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8830 {
8831         struct zone *zone = page_zone(page);
8832         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8833         unsigned long flags;
8834         unsigned int order;
8835         bool hwpoisoned = false;
8836
8837         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8838         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8839                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8840
8841                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8842                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8843                                 hwpoisoned = true;
8844                         break;
8845                 }
8846         }
8847         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8848
8849         return hwpoisoned;
8850 }
8851 #endif