mm: constify get_pfnblock_flags_mask and get_pfnblock_migratetype
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/mmu_notifier.h>
61 #include <linux/migrate.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/sched/mm.h>
65 #include <linux/page_owner.h>
66 #include <linux/kthread.h>
67 #include <linux/memcontrol.h>
68 #include <linux/ftrace.h>
69 #include <linux/lockdep.h>
70 #include <linux/nmi.h>
71 #include <linux/psi.h>
72 #include <linux/padata.h>
73 #include <linux/khugepaged.h>
74 #include <linux/buffer_head.h>
75 #include <asm/sections.h>
76 #include <asm/tlbflush.h>
77 #include <asm/div64.h>
78 #include "internal.h"
79 #include "shuffle.h"
80 #include "page_reporting.h"
81
82 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
83 typedef int __bitwise fpi_t;
84
85 /* No special request */
86 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
87
88 /*
89  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
90  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
91  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
92  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
93  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
94  * putting it back unmodified.
95  */
96 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
97
98 /*
99  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
100  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
101  * shuffle the whole zone).
102  *
103  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
104  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
105  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
106  *       reporting).
107  */
108 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
109
110 /*
111  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
112  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
113  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
114  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
115  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
116  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
117  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
118  */
119 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
120
121 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
122 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
123 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
124
125 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
126 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
127 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
128 #endif
129
130 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
131
132 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
133 /*
134  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
135  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
136  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
137  * defined in <linux/topology.h>.
138  */
139 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
140 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
141 #endif
142
143 /* work_structs for global per-cpu drains */
144 struct pcpu_drain {
145         struct zone *zone;
146         struct work_struct work;
147 };
148 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
149 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
150
151 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
152 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
153 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
154 #endif
155
156 /*
157  * Array of node states.
158  */
159 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
160         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
161         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
162 #ifndef CONFIG_NUMA
163         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
164 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
165         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
166 #endif
167         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
168         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
169 #endif  /* NUMA */
170 };
171 EXPORT_SYMBOL(node_states);
172
173 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
174 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
175 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
176 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
177
178 int percpu_pagelist_fraction;
179 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
180 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
181 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
182
183 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
184 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
185
186 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
187                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
188 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
189 {
190
191         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
192 }
193 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
194
195 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
196                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
197 static int __init early_init_on_free(char *buf)
198 {
199         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
200 }
201 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
202
203 /*
204  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
205  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
206  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
207  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
208  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
209  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
210  */
211 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
212 {
213         return page->index;
214 }
215
216 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
217 {
218         page->index = migratetype;
219 }
220
221 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
222 /*
223  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
224  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
225  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
226  * they should always be called with system_transition_mutex held
227  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
228  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
229  * with that modification).
230  */
231
232 static gfp_t saved_gfp_mask;
233
234 void pm_restore_gfp_mask(void)
235 {
236         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
237         if (saved_gfp_mask) {
238                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
239                 saved_gfp_mask = 0;
240         }
241 }
242
243 void pm_restrict_gfp_mask(void)
244 {
245         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
246         WARN_ON(saved_gfp_mask);
247         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
248         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
249 }
250
251 bool pm_suspended_storage(void)
252 {
253         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
254                 return false;
255         return true;
256 }
257 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
258
259 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
260 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
261 #endif
262
263 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
264                             fpi_t fpi_flags);
265
266 /*
267  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
268  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
269  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
270  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
271  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
272  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
273  *
274  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
275  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
276  */
277 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
278 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
279         [ZONE_DMA] = 256,
280 #endif
281 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
282         [ZONE_DMA32] = 256,
283 #endif
284         [ZONE_NORMAL] = 32,
285 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
286         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
287 #endif
288         [ZONE_MOVABLE] = 0,
289 };
290
291 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
292 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
293          "DMA",
294 #endif
295 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
296          "DMA32",
297 #endif
298          "Normal",
299 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
300          "HighMem",
301 #endif
302          "Movable",
303 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
304          "Device",
305 #endif
306 };
307
308 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
309         "Unmovable",
310         "Movable",
311         "Reclaimable",
312         "HighAtomic",
313 #ifdef CONFIG_CMA
314         "CMA",
315 #endif
316 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
317         "Isolate",
318 #endif
319 };
320
321 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
322         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
323         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
324 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
325         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
326 #endif
327 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
328         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
329 #endif
330 };
331
332 int min_free_kbytes = 1024;
333 int user_min_free_kbytes = -1;
334 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
335 /*
336  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
337  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
338  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
339  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
340  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
341  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
342  * fragmentation avoidance.
343  */
344 int watermark_boost_factor __read_mostly;
345 #else
346 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
347 #endif
348 int watermark_scale_factor = 10;
349
350 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
351 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
352 static unsigned long dma_reserve __initdata;
353
354 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
355 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
356 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
357 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
358 static unsigned long required_movablecore __initdata;
359 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
360 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
361 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
362
363 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
364 int movable_zone;
365 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
366
367 #if MAX_NUMNODES > 1
368 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
369 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
370 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
371 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
372 #endif
373
374 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
375
376 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
377 /*
378  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
379  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
380  * and we can permanently disable that path.
381  */
382 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
383
384 /*
385  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
386  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
387  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
388  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
389  *
390  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
391  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
392  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
393  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
394  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
395  * initialization is done, but this is not likely to happen.
396  */
397 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order,
398                                                 bool init, fpi_t fpi_flags)
399 {
400         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages))
401                 return;
402         if (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
403                         (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON))
404                 return;
405         kasan_free_pages(page, order, init);
406 }
407
408 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
409 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
410 {
411         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
412
413         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
414                 return true;
415
416         return false;
417 }
418
419 /*
420  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
421  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
422  */
423 static bool __meminit
424 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
425 {
426         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
427
428         /*
429          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
430          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
431          */
432         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
433                 prev_end_pfn = end_pfn;
434                 nr_initialised = 0;
435         }
436
437         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
438         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
439                 return false;
440
441         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
442                 return true;
443         /*
444          * We start only with one section of pages, more pages are added as
445          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
446          */
447         nr_initialised++;
448         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
449             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
450                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
451                 return true;
452         }
453         return false;
454 }
455 #else
456 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order,
457                                                 bool init, fpi_t fpi_flags)
458 {
459         if (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
460                         (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON))
461                 return;
462         kasan_free_pages(page, order, init);
463 }
464
465 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
466 {
467         return false;
468 }
469
470 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
471 {
472         return false;
473 }
474 #endif
475
476 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
477 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
478                                                         unsigned long pfn)
479 {
480 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
481         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
482 #else
483         return page_zone(page)->pageblock_flags;
484 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
485 }
486
487 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
488 {
489 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
490         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
491 #else
492         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
493 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
494         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
495 }
496
497 static __always_inline
498 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
499                                         unsigned long pfn,
500                                         unsigned long mask)
501 {
502         unsigned long *bitmap;
503         unsigned long bitidx, word_bitidx;
504         unsigned long word;
505
506         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
507         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
508         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
509         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
510
511         word = bitmap[word_bitidx];
512         return (word >> bitidx) & mask;
513 }
514
515 /**
516  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
517  * @page: The page within the block of interest
518  * @pfn: The target page frame number
519  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
520  *
521  * Return: pageblock_bits flags
522  */
523 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
524                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
525 {
526         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
527 }
528
529 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
530                                         unsigned long pfn)
531 {
532         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
533 }
534
535 /**
536  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
537  * @page: The page within the block of interest
538  * @flags: The flags to set
539  * @pfn: The target page frame number
540  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
541  */
542 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
543                                         unsigned long pfn,
544                                         unsigned long mask)
545 {
546         unsigned long *bitmap;
547         unsigned long bitidx, word_bitidx;
548         unsigned long old_word, word;
549
550         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
551         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
552
553         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
554         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
555         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
556         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
557
558         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
559
560         mask <<= bitidx;
561         flags <<= bitidx;
562
563         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
564         for (;;) {
565                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
566                 if (word == old_word)
567                         break;
568                 word = old_word;
569         }
570 }
571
572 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
573 {
574         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
575                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
576                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
577
578         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
579                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
580 }
581
582 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
583 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
584 {
585         int ret = 0;
586         unsigned seq;
587         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
588         unsigned long sp, start_pfn;
589
590         do {
591                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
592                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
593                 sp = zone->spanned_pages;
594                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
595                         ret = 1;
596         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
597
598         if (ret)
599                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
600                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
601                         start_pfn, start_pfn + sp);
602
603         return ret;
604 }
605
606 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
607 {
608         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
609                 return 0;
610         if (zone != page_zone(page))
611                 return 0;
612
613         return 1;
614 }
615 /*
616  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
617  */
618 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
619 {
620         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
621                 return 1;
622         if (!page_is_consistent(zone, page))
623                 return 1;
624
625         return 0;
626 }
627 #else
628 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
629 {
630         return 0;
631 }
632 #endif
633
634 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
635 {
636         static unsigned long resume;
637         static unsigned long nr_shown;
638         static unsigned long nr_unshown;
639
640         /*
641          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
642          * or allow a steady drip of one report per second.
643          */
644         if (nr_shown == 60) {
645                 if (time_before(jiffies, resume)) {
646                         nr_unshown++;
647                         goto out;
648                 }
649                 if (nr_unshown) {
650                         pr_alert(
651                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
652                                 nr_unshown);
653                         nr_unshown = 0;
654                 }
655                 nr_shown = 0;
656         }
657         if (nr_shown++ == 0)
658                 resume = jiffies + 60 * HZ;
659
660         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
661                 current->comm, page_to_pfn(page));
662         dump_page(page, reason);
663
664         print_modules();
665         dump_stack();
666 out:
667         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
668         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
669         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
670 }
671
672 /*
673  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
674  *
675  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
676  *
677  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
678  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
679  *
680  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
681  * page destructors. See compound_page_dtors.
682  *
683  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
684  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
685  */
686
687 void free_compound_page(struct page *page)
688 {
689         mem_cgroup_uncharge(page);
690         __free_pages_ok(page, compound_order(page), FPI_NONE);
691 }
692
693 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
694 {
695         int i;
696         int nr_pages = 1 << order;
697
698         __SetPageHead(page);
699         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
700                 struct page *p = page + i;
701                 set_page_count(p, 0);
702                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
703                 set_compound_head(p, page);
704         }
705
706         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
707         set_compound_order(page, order);
708         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
709         if (hpage_pincount_available(page))
710                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
711 }
712
713 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
714 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
715
716 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
717                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
718 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
719 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
720 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
721
722 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
723
724 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
725 {
726         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
727 }
728 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
729
730 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
731 {
732         unsigned long res;
733
734         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
735                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
736                 return 0;
737         }
738         _debug_guardpage_minorder = res;
739         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
740         return 0;
741 }
742 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
743
744 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
745                                 unsigned int order, int migratetype)
746 {
747         if (!debug_guardpage_enabled())
748                 return false;
749
750         if (order >= debug_guardpage_minorder())
751                 return false;
752
753         __SetPageGuard(page);
754         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
755         set_page_private(page, order);
756         /* Guard pages are not available for any usage */
757         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
758
759         return true;
760 }
761
762 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
763                                 unsigned int order, int migratetype)
764 {
765         if (!debug_guardpage_enabled())
766                 return;
767
768         __ClearPageGuard(page);
769
770         set_page_private(page, 0);
771         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
772                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
773 }
774 #else
775 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
776                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
777 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
778                                 unsigned int order, int migratetype) {}
779 #endif
780
781 /*
782  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
783  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
784  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
785  * enabled, and then make decisions.
786  */
787 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
788 {
789         bool page_poisoning_requested = false;
790
791 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
792         /*
793          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
794          * either of those options are enabled, enable poisoning.
795          */
796         if (page_poisoning_enabled() ||
797              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
798               debug_pagealloc_enabled())) {
799                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
800                 page_poisoning_requested = true;
801         }
802 #endif
803
804         if (_init_on_alloc_enabled_early) {
805                 if (page_poisoning_requested)
806                         pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
807                                 "will take precedence over init_on_alloc\n");
808                 else
809                         static_branch_enable(&init_on_alloc);
810         }
811         if (_init_on_free_enabled_early) {
812                 if (page_poisoning_requested)
813                         pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
814                                 "will take precedence over init_on_free\n");
815                 else
816                         static_branch_enable(&init_on_free);
817         }
818
819 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
820         if (!debug_pagealloc_enabled())
821                 return;
822
823         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
824
825         if (!debug_guardpage_minorder())
826                 return;
827
828         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
829 #endif
830 }
831
832 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
833 {
834         set_page_private(page, order);
835         __SetPageBuddy(page);
836 }
837
838 /*
839  * This function checks whether a page is free && is the buddy
840  * we can coalesce a page and its buddy if
841  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
842  * (b) the buddy is in the buddy system &&
843  * (c) a page and its buddy have the same order &&
844  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
845  *
846  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
847  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
848  *
849  * For recording page's order, we use page_private(page).
850  */
851 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
852                                                         unsigned int order)
853 {
854         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
855                 return false;
856
857         if (buddy_order(buddy) != order)
858                 return false;
859
860         /*
861          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
862          * zone/node ids for pages that could never merge.
863          */
864         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
865                 return false;
866
867         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
868
869         return true;
870 }
871
872 #ifdef CONFIG_COMPACTION
873 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
874 {
875         struct capture_control *capc = current->capture_control;
876
877         return unlikely(capc) &&
878                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
879                 !capc->page &&
880                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
881 }
882
883 static inline bool
884 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
885                    int order, int migratetype)
886 {
887         if (!capc || order != capc->cc->order)
888                 return false;
889
890         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
891         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
892             is_migrate_isolate(migratetype))
893                 return false;
894
895         /*
896          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
897          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
898          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
899          * have trouble finding a high-order free page.
900          */
901         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
902                 return false;
903
904         capc->page = page;
905         return true;
906 }
907
908 #else
909 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
910 {
911         return NULL;
912 }
913
914 static inline bool
915 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
916                    int order, int migratetype)
917 {
918         return false;
919 }
920 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
921
922 /* Used for pages not on another list */
923 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
924                                     unsigned int order, int migratetype)
925 {
926         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
927
928         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
929         area->nr_free++;
930 }
931
932 /* Used for pages not on another list */
933 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
934                                          unsigned int order, int migratetype)
935 {
936         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
937
938         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
939         area->nr_free++;
940 }
941
942 /*
943  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
944  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
945  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
946  */
947 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
948                                      unsigned int order, int migratetype)
949 {
950         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
951
952         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
953 }
954
955 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
956                                            unsigned int order)
957 {
958         /* clear reported state and update reported page count */
959         if (page_reported(page))
960                 __ClearPageReported(page);
961
962         list_del(&page->lru);
963         __ClearPageBuddy(page);
964         set_page_private(page, 0);
965         zone->free_area[order].nr_free--;
966 }
967
968 /*
969  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
970  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
971  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
972  * that is happening, add the free page to the tail of the list
973  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
974  * as a higher order page
975  */
976 static inline bool
977 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
978                    struct page *page, unsigned int order)
979 {
980         struct page *higher_page, *higher_buddy;
981         unsigned long combined_pfn;
982
983         if (order >= MAX_ORDER - 2)
984                 return false;
985
986         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
987                 return false;
988
989         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
990         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
991         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
992         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
993
994         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
995                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
996 }
997
998 /*
999  * Freeing function for a buddy system allocator.
1000  *
1001  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1002  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1003  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1004  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1005  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1006  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1007  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1008  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1009  * parts of the VM system.
1010  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1011  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1012  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1013  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1014  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1015  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1016  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1017  * triggers coalescing into a block of larger size.
1018  *
1019  * -- nyc
1020  */
1021
1022 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1023                 unsigned long pfn,
1024                 struct zone *zone, unsigned int order,
1025                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1026 {
1027         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1028         unsigned long buddy_pfn;
1029         unsigned long combined_pfn;
1030         unsigned int max_order;
1031         struct page *buddy;
1032         bool to_tail;
1033
1034         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER - 1, pageblock_order);
1035
1036         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1037         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1038
1039         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1040         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1041                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1042
1043         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1044         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1045
1046 continue_merging:
1047         while (order < max_order) {
1048                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1049                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1050                                                                 migratetype);
1051                         return;
1052                 }
1053                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1054                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1055
1056                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
1057                         goto done_merging;
1058                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1059                         goto done_merging;
1060                 /*
1061                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1062                  * merge with it and move up one order.
1063                  */
1064                 if (page_is_guard(buddy))
1065                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1066                 else
1067                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1068                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1069                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1070                 pfn = combined_pfn;
1071                 order++;
1072         }
1073         if (order < MAX_ORDER - 1) {
1074                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1075                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1076                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1077                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1078                  *
1079                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1080                  * low-order merging.
1081                  */
1082                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1083                         int buddy_mt;
1084
1085                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1086                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1087                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1088
1089                         if (migratetype != buddy_mt
1090                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1091                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1092                                 goto done_merging;
1093                 }
1094                 max_order = order + 1;
1095                 goto continue_merging;
1096         }
1097
1098 done_merging:
1099         set_buddy_order(page, order);
1100
1101         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1102                 to_tail = true;
1103         else if (is_shuffle_order(order))
1104                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1105         else
1106                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1107
1108         if (to_tail)
1109                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1110         else
1111                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1112
1113         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1114         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1115                 page_reporting_notify_free(order);
1116 }
1117
1118 /*
1119  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1120  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1121  * check if necessary.
1122  */
1123 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1124                                         unsigned long check_flags)
1125 {
1126         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1127                 return false;
1128
1129         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1130                         page_ref_count(page) |
1131 #ifdef CONFIG_MEMCG
1132                         page->memcg_data |
1133 #endif
1134                         (page->flags & check_flags)))
1135                 return false;
1136
1137         return true;
1138 }
1139
1140 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1141 {
1142         const char *bad_reason = NULL;
1143
1144         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1145                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1146         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1147                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1148         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1149                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1150         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1151                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1152                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1153                 else
1154                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1155         }
1156 #ifdef CONFIG_MEMCG
1157         if (unlikely(page->memcg_data))
1158                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1159 #endif
1160         return bad_reason;
1161 }
1162
1163 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1164 {
1165         bad_page(page,
1166                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1167 }
1168
1169 static inline int check_free_page(struct page *page)
1170 {
1171         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1172                 return 0;
1173
1174         /* Something has gone sideways, find it */
1175         check_free_page_bad(page);
1176         return 1;
1177 }
1178
1179 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1180 {
1181         int ret = 1;
1182
1183         /*
1184          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1185          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1186          */
1187         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1188
1189         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1190                 ret = 0;
1191                 goto out;
1192         }
1193         switch (page - head_page) {
1194         case 1:
1195                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1196                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1197                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1198                         goto out;
1199                 }
1200                 break;
1201         case 2:
1202                 /*
1203                  * the second tail page: ->mapping is
1204                  * deferred_list.next -- ignore value.
1205                  */
1206                 break;
1207         default:
1208                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1209                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1210                         goto out;
1211                 }
1212                 break;
1213         }
1214         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1215                 bad_page(page, "PageTail not set");
1216                 goto out;
1217         }
1218         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1219                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1220                 goto out;
1221         }
1222         ret = 0;
1223 out:
1224         page->mapping = NULL;
1225         clear_compound_head(page);
1226         return ret;
1227 }
1228
1229 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1230 {
1231         int i;
1232
1233         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1234         kasan_disable_current();
1235         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1236                 u8 tag = page_kasan_tag(page + i);
1237                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1238                 clear_highpage(page + i);
1239                 page_kasan_tag_set(page + i, tag);
1240         }
1241         kasan_enable_current();
1242 }
1243
1244 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1245                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1246 {
1247         int bad = 0;
1248         bool init;
1249
1250         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1251
1252         trace_mm_page_free(page, order);
1253
1254         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1255                 /*
1256                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1257                  * Untie memcg state and reset page's owner
1258                  */
1259                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1260                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1261                 reset_page_owner(page, order);
1262                 return false;
1263         }
1264
1265         /*
1266          * Check tail pages before head page information is cleared to
1267          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1268          */
1269         if (unlikely(order)) {
1270                 bool compound = PageCompound(page);
1271                 int i;
1272
1273                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1274
1275                 if (compound)
1276                         ClearPageDoubleMap(page);
1277                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1278                         if (compound)
1279                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1280                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1281                                 bad++;
1282                                 continue;
1283                         }
1284                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1285                 }
1286         }
1287         if (PageMappingFlags(page))
1288                 page->mapping = NULL;
1289         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1290                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1291         if (check_free)
1292                 bad += check_free_page(page);
1293         if (bad)
1294                 return false;
1295
1296         page_cpupid_reset_last(page);
1297         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1298         reset_page_owner(page, order);
1299
1300         if (!PageHighMem(page)) {
1301                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1302                                            PAGE_SIZE << order);
1303                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1304                                            PAGE_SIZE << order);
1305         }
1306
1307         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1308
1309         /*
1310          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1311          * kasan_free_pages and kernel_init_free_pages must be
1312          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1313          *
1314          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1315          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1316          */
1317         init = want_init_on_free();
1318         if (init && !kasan_has_integrated_init())
1319                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1320         kasan_free_nondeferred_pages(page, order, init, fpi_flags);
1321
1322         /*
1323          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1324          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1325          * happen after this.
1326          */
1327         arch_free_page(page, order);
1328
1329         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1330
1331         return true;
1332 }
1333
1334 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1335 /*
1336  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1337  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1338  * moved from pcp lists to free lists.
1339  */
1340 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1341 {
1342         return free_pages_prepare(page, 0, true, FPI_NONE);
1343 }
1344
1345 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1346 {
1347         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1348                 return check_free_page(page);
1349         else
1350                 return false;
1351 }
1352 #else
1353 /*
1354  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1355  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1356  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1357  * to the pcp lists.
1358  */
1359 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1360 {
1361         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1362                 return free_pages_prepare(page, 0, true, FPI_NONE);
1363         else
1364                 return free_pages_prepare(page, 0, false, FPI_NONE);
1365 }
1366
1367 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1368 {
1369         return check_free_page(page);
1370 }
1371 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1372
1373 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1374 {
1375         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1376         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1377         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1378
1379         prefetch(buddy);
1380 }
1381
1382 /*
1383  * Frees a number of pages from the PCP lists
1384  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1385  * count is the number of pages to free.
1386  *
1387  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1388  * see if this freeing clears that state.
1389  *
1390  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1391  * pinned" detection logic.
1392  */
1393 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1394                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1395 {
1396         int migratetype = 0;
1397         int batch_free = 0;
1398         int prefetch_nr = READ_ONCE(pcp->batch);
1399         bool isolated_pageblocks;
1400         struct page *page, *tmp;
1401         LIST_HEAD(head);
1402
1403         /*
1404          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1405          * below while (list_empty(list)) loop.
1406          */
1407         count = min(pcp->count, count);
1408         while (count) {
1409                 struct list_head *list;
1410
1411                 /*
1412                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1413                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1414                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1415                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1416                  * lists
1417                  */
1418                 do {
1419                         batch_free++;
1420                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1421                                 migratetype = 0;
1422                         list = &pcp->lists[migratetype];
1423                 } while (list_empty(list));
1424
1425                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1426                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1427                         batch_free = count;
1428
1429                 do {
1430                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1431                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1432                         list_del(&page->lru);
1433                         pcp->count--;
1434
1435                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1436                                 continue;
1437
1438                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1439
1440                         /*
1441                          * We are going to put the page back to the global
1442                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1443                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1444                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1445                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1446                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1447                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1448                          */
1449                         if (prefetch_nr) {
1450                                 prefetch_buddy(page);
1451                                 prefetch_nr--;
1452                         }
1453                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1454         }
1455
1456         spin_lock(&zone->lock);
1457         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1458
1459         /*
1460          * Use safe version since after __free_one_page(),
1461          * page->lru.next will not point to original list.
1462          */
1463         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1464                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1465                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1466                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1467                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1468                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1469                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1470
1471                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt, FPI_NONE);
1472                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1473         }
1474         spin_unlock(&zone->lock);
1475 }
1476
1477 static void free_one_page(struct zone *zone,
1478                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1479                                 unsigned int order,
1480                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1481 {
1482         spin_lock(&zone->lock);
1483         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1484                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1485                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1486         }
1487         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1488         spin_unlock(&zone->lock);
1489 }
1490
1491 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1492                                 unsigned long zone, int nid)
1493 {
1494         mm_zero_struct_page(page);
1495         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1496         init_page_count(page);
1497         page_mapcount_reset(page);
1498         page_cpupid_reset_last(page);
1499         page_kasan_tag_reset(page);
1500
1501         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1502 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1503         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1504         if (!is_highmem_idx(zone))
1505                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1506 #endif
1507 }
1508
1509 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1510 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1511 {
1512         pg_data_t *pgdat;
1513         int nid, zid;
1514
1515         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1516                 return;
1517
1518         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1519         pgdat = NODE_DATA(nid);
1520
1521         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1522                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1523
1524                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1525                         break;
1526         }
1527         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1528 }
1529 #else
1530 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1531 {
1532 }
1533 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1534
1535 /*
1536  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1537  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1538  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1539  * sent to the buddy page allocator.
1540  */
1541 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1542 {
1543         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1544         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1545
1546         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1547                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1548                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1549
1550                         init_reserved_page(start_pfn);
1551
1552                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1553                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1554
1555                         /*
1556                          * no need for atomic set_bit because the struct
1557                          * page is not visible yet so nobody should
1558                          * access it yet.
1559                          */
1560                         __SetPageReserved(page);
1561                 }
1562         }
1563 }
1564
1565 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1566                             fpi_t fpi_flags)
1567 {
1568         unsigned long flags;
1569         int migratetype;
1570         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1571
1572         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1573                 return;
1574
1575         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1576         local_irq_save(flags);
1577         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1578         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype,
1579                       fpi_flags);
1580         local_irq_restore(flags);
1581 }
1582
1583 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1584 {
1585         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1586         struct page *p = page;
1587         unsigned int loop;
1588
1589         /*
1590          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1591          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1592          * refcount of all involved pages to 0.
1593          */
1594         prefetchw(p);
1595         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1596                 prefetchw(p + 1);
1597                 __ClearPageReserved(p);
1598                 set_page_count(p, 0);
1599         }
1600         __ClearPageReserved(p);
1601         set_page_count(p, 0);
1602
1603         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1604
1605         /*
1606          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1607          * relevant for memory onlining.
1608          */
1609         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1610 }
1611
1612 #ifdef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
1613
1614 /*
1615  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1616  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1617  * treats start/end as pfns.
1618  */
1619 struct mminit_pfnnid_cache {
1620         unsigned long last_start;
1621         unsigned long last_end;
1622         int last_nid;
1623 };
1624
1625 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1626
1627 /*
1628  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1629  */
1630 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1631                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1632 {
1633         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1634         int nid;
1635
1636         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1637                 return state->last_nid;
1638
1639         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1640         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1641                 state->last_start = start_pfn;
1642                 state->last_end = end_pfn;
1643                 state->last_nid = nid;
1644         }
1645
1646         return nid;
1647 }
1648
1649 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1650 {
1651         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1652         int nid;
1653
1654         spin_lock(&early_pfn_lock);
1655         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1656         if (nid < 0)
1657                 nid = first_online_node;
1658         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1659
1660         return nid;
1661 }
1662 #endif /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1663
1664 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1665                                                         unsigned int order)
1666 {
1667         if (early_page_uninitialised(pfn))
1668                 return;
1669         __free_pages_core(page, order);
1670 }
1671
1672 /*
1673  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1674  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1675  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1676  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1677  * pageblocks.
1678  *
1679  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1680  *
1681  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1682  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1683  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1684  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1685  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1686  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1687  * page in a pageblock.
1688  */
1689 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1690                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1691 {
1692         struct page *start_page;
1693         struct page *end_page;
1694
1695         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1696         end_pfn--;
1697
1698         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1699                 return NULL;
1700
1701         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1702         if (!start_page)
1703                 return NULL;
1704
1705         if (page_zone(start_page) != zone)
1706                 return NULL;
1707
1708         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1709
1710         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1711         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1712                 return NULL;
1713
1714         return start_page;
1715 }
1716
1717 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1718 {
1719         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1720         unsigned long block_end_pfn;
1721
1722         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1723         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1724                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1725                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1726
1727                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1728
1729                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1730                                              block_end_pfn, zone))
1731                         return;
1732                 cond_resched();
1733         }
1734
1735         /* We confirm that there is no hole */
1736         zone->contiguous = true;
1737 }
1738
1739 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1740 {
1741         zone->contiguous = false;
1742 }
1743
1744 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1745 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1746                                        unsigned long nr_pages)
1747 {
1748         struct page *page;
1749         unsigned long i;
1750
1751         if (!nr_pages)
1752                 return;
1753
1754         page = pfn_to_page(pfn);
1755
1756         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1757         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1758             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1759                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1760                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1761                 return;
1762         }
1763
1764         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1765                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1766                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1767                 __free_pages_core(page, 0);
1768         }
1769 }
1770
1771 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1772 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1773 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1774
1775 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1776 {
1777         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1778                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1779 }
1780
1781 /*
1782  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1783  *
1784  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1785  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1786  * function is optimized out.
1787  *
1788  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1789  * of the head pfn.
1790  */
1791 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1792 {
1793         if (!pfn_valid_within(pfn))
1794                 return false;
1795         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1796                 return false;
1797         return true;
1798 }
1799
1800 /*
1801  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1802  * pageblock_nr_pages sizes.
1803  */
1804 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1805                                        unsigned long end_pfn)
1806 {
1807         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1808         unsigned long nr_free = 0;
1809
1810         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1811                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1812                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1813                         nr_free = 0;
1814                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1815                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1816                         nr_free = 1;
1817                 } else {
1818                         nr_free++;
1819                 }
1820         }
1821         /* Free the last block of pages to allocator */
1822         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1823 }
1824
1825 /*
1826  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1827  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1828  * Return number of pages initialized.
1829  */
1830 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1831                                                  unsigned long pfn,
1832                                                  unsigned long end_pfn)
1833 {
1834         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1835         int nid = zone_to_nid(zone);
1836         unsigned long nr_pages = 0;
1837         int zid = zone_idx(zone);
1838         struct page *page = NULL;
1839
1840         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1841                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1842                         page = NULL;
1843                         continue;
1844                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1845                         page = pfn_to_page(pfn);
1846                 } else {
1847                         page++;
1848                 }
1849                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1850                 nr_pages++;
1851         }
1852         return (nr_pages);
1853 }
1854
1855 /*
1856  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1857  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1858  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1859  * return false indicating there are no valid ranges left.
1860  */
1861 static bool __init
1862 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1863                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1864                                     unsigned long first_init_pfn)
1865 {
1866         u64 j;
1867
1868         /*
1869          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1870          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1871          * so we just need to flush them out of the system.
1872          */
1873         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1874                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1875                         continue;
1876                 if (*spfn < first_init_pfn)
1877                         *spfn = first_init_pfn;
1878                 *i = j;
1879                 return true;
1880         }
1881
1882         return false;
1883 }
1884
1885 /*
1886  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1887  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1888  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1889  * page in __free_one_page()).
1890  *
1891  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1892  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1893  * any issues with the buddy page computation.
1894  */
1895 static unsigned long __init
1896 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1897                        unsigned long *end_pfn)
1898 {
1899         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1900         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1901         unsigned long nr_pages = 0;
1902         u64 j = *i;
1903
1904         /* First we loop through and initialize the page values */
1905         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1906                 unsigned long t;
1907
1908                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1909                         break;
1910
1911                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1912                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1913
1914                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1915                         *start_pfn = mo_pfn;
1916                         break;
1917                 }
1918         }
1919
1920         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1921         swap(j, *i);
1922
1923         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1924                 unsigned long t;
1925
1926                 if (mo_pfn <= spfn)
1927                         break;
1928
1929                 t = min(mo_pfn, epfn);
1930                 deferred_free_pages(spfn, t);
1931
1932                 if (mo_pfn <= epfn)
1933                         break;
1934         }
1935
1936         return nr_pages;
1937 }
1938
1939 static void __init
1940 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1941                            void *arg)
1942 {
1943         unsigned long spfn, epfn;
1944         struct zone *zone = arg;
1945         u64 i;
1946
1947         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
1948
1949         /*
1950          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
1951          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
1952          */
1953         while (spfn < end_pfn) {
1954                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1955                 cond_resched();
1956         }
1957 }
1958
1959 /* An arch may override for more concurrency. */
1960 __weak int __init
1961 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
1962 {
1963         return 1;
1964 }
1965
1966 /* Initialise remaining memory on a node */
1967 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1968 {
1969         pg_data_t *pgdat = data;
1970         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1971         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
1972         unsigned long first_init_pfn, flags;
1973         unsigned long start = jiffies;
1974         struct zone *zone;
1975         int zid, max_threads;
1976         u64 i;
1977
1978         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1979         if (!cpumask_empty(cpumask))
1980                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1981
1982         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1983         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1984         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1985                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1986                 pgdat_init_report_one_done();
1987                 return 0;
1988         }
1989
1990         /* Sanity check boundaries */
1991         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1992         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1993         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1994
1995         /*
1996          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
1997          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
1998          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
1999          */
2000         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2001
2002         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2003         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2004                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2005                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2006                         break;
2007         }
2008
2009         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2010         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2011                                                  first_init_pfn))
2012                 goto zone_empty;
2013
2014         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2015
2016         while (spfn < epfn) {
2017                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2018                 struct padata_mt_job job = {
2019                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2020                         .fn_arg      = zone,
2021                         .start       = spfn,
2022                         .size        = epfn_align - spfn,
2023                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2024                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2025                         .max_threads = max_threads,
2026                 };
2027
2028                 padata_do_multithreaded(&job);
2029                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2030                                                     epfn_align);
2031         }
2032 zone_empty:
2033         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2034         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2035
2036         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2037                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2038
2039         pgdat_init_report_one_done();
2040         return 0;
2041 }
2042
2043 /*
2044  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2045  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2046  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2047  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2048  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2049  *
2050  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2051  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2052  * enough pages to satisfy the allocation.
2053  *
2054  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2055  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2056  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2057  */
2058 static noinline bool __init
2059 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2060 {
2061         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2062         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2063         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2064         unsigned long spfn, epfn, flags;
2065         unsigned long nr_pages = 0;
2066         u64 i;
2067
2068         /* Only the last zone may have deferred pages */
2069         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2070                 return false;
2071
2072         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2073
2074         /*
2075          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2076          * true, as there might be enough pages already.
2077          */
2078         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2079                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2080                 return true;
2081         }
2082
2083         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2084         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2085                                                  first_deferred_pfn)) {
2086                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2087                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2088                 /* Retry only once. */
2089                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2090         }
2091
2092         /*
2093          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2094          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2095          * allocator.
2096          */
2097         while (spfn < epfn) {
2098                 /* update our first deferred PFN for this section */
2099                 first_deferred_pfn = spfn;
2100
2101                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2102                 touch_nmi_watchdog();
2103
2104                 /* We should only stop along section boundaries */
2105                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2106                         continue;
2107
2108                 /* If our quota has been met we can stop here */
2109                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2110                         break;
2111         }
2112
2113         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2114         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2115
2116         return nr_pages > 0;
2117 }
2118
2119 /*
2120  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2121  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2122  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2123  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2124  */
2125 static bool __ref
2126 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2127 {
2128         return deferred_grow_zone(zone, order);
2129 }
2130
2131 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2132
2133 void __init page_alloc_init_late(void)
2134 {
2135         struct zone *zone;
2136         int nid;
2137
2138 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2139
2140         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2141         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2142         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2143                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2144         }
2145
2146         /* Block until all are initialised */
2147         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2148
2149         /*
2150          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
2151          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
2152          * will be artificially small.
2153          */
2154         for_each_populated_zone(zone)
2155                 zone_pcp_update(zone);
2156
2157         /*
2158          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2159          * on-demand struct page initialization.
2160          */
2161         static_branch_disable(&deferred_pages);
2162
2163         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2164         files_maxfiles_init();
2165 #endif
2166
2167         buffer_init();
2168
2169         /* Discard memblock private memory */
2170         memblock_discard();
2171
2172         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2173                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2174
2175         for_each_populated_zone(zone)
2176                 set_zone_contiguous(zone);
2177 }
2178
2179 #ifdef CONFIG_CMA
2180 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2181 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2182 {
2183         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2184         struct page *p = page;
2185
2186         do {
2187                 __ClearPageReserved(p);
2188                 set_page_count(p, 0);
2189         } while (++p, --i);
2190
2191         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2192
2193         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2194                 i = pageblock_nr_pages;
2195                 p = page;
2196                 do {
2197                         set_page_refcounted(p);
2198                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2199                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2200                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2201         } else {
2202                 set_page_refcounted(page);
2203                 __free_pages(page, pageblock_order);
2204         }
2205
2206         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2207         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2208 }
2209 #endif
2210
2211 /*
2212  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2213  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2214  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2215  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2216  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2217  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2218  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2219  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2220  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2221  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2222  *
2223  * -- nyc
2224  */
2225 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2226         int low, int high, int migratetype)
2227 {
2228         unsigned long size = 1 << high;
2229
2230         while (high > low) {
2231                 high--;
2232                 size >>= 1;
2233                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2234
2235                 /*
2236                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2237                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2238                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2239                  * pages will stay not present in virtual address space
2240                  */
2241                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2242                         continue;
2243
2244                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2245                 set_buddy_order(&page[size], high);
2246         }
2247 }
2248
2249 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2250 {
2251         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2252                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2253                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2254                 return;
2255         }
2256
2257         bad_page(page,
2258                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2259 }
2260
2261 /*
2262  * This page is about to be returned from the page allocator
2263  */
2264 static inline int check_new_page(struct page *page)
2265 {
2266         if (likely(page_expected_state(page,
2267                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2268                 return 0;
2269
2270         check_new_page_bad(page);
2271         return 1;
2272 }
2273
2274 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2275 /*
2276  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2277  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2278  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2279  */
2280 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2281 {
2282         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2283                 return check_new_page(page);
2284         else
2285                 return false;
2286 }
2287
2288 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2289 {
2290         return check_new_page(page);
2291 }
2292 #else
2293 /*
2294  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2295  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2296  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2297  */
2298 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2299 {
2300         return check_new_page(page);
2301 }
2302 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2303 {
2304         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2305                 return check_new_page(page);
2306         else
2307                 return false;
2308 }
2309 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2310
2311 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2312 {
2313         int i;
2314         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2315                 struct page *p = page + i;
2316
2317                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2318                         return true;
2319         }
2320
2321         return false;
2322 }
2323
2324 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2325                                 gfp_t gfp_flags)
2326 {
2327         bool init;
2328
2329         set_page_private(page, 0);
2330         set_page_refcounted(page);
2331
2332         arch_alloc_page(page, order);
2333         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2334
2335         /*
2336          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2337          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2338          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2339          */
2340         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2341
2342         /*
2343          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2344          * kasan_alloc_pages and kernel_init_free_pages must be
2345          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2346          */
2347         init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags);
2348         kasan_alloc_pages(page, order, init);
2349         if (init && !kasan_has_integrated_init())
2350                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2351
2352         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2353 }
2354
2355 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2356                                                         unsigned int alloc_flags)
2357 {
2358         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2359
2360         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2361                 prep_compound_page(page, order);
2362
2363         /*
2364          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2365          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2366          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2367          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2368          */
2369         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2370                 set_page_pfmemalloc(page);
2371         else
2372                 clear_page_pfmemalloc(page);
2373 }
2374
2375 /*
2376  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2377  * the smallest available page from the freelists
2378  */
2379 static __always_inline
2380 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2381                                                 int migratetype)
2382 {
2383         unsigned int current_order;
2384         struct free_area *area;
2385         struct page *page;
2386
2387         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2388         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2389                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2390                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2391                 if (!page)
2392                         continue;
2393                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2394                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2395                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2396                 return page;
2397         }
2398
2399         return NULL;
2400 }
2401
2402
2403 /*
2404  * This array describes the order lists are fallen back to when
2405  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2406  */
2407 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2408         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2409         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2410         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2411 #ifdef CONFIG_CMA
2412         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2413 #endif
2414 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2415         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2416 #endif
2417 };
2418
2419 #ifdef CONFIG_CMA
2420 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2421                                         unsigned int order)
2422 {
2423         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2424 }
2425 #else
2426 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2427                                         unsigned int order) { return NULL; }
2428 #endif
2429
2430 /*
2431  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2432  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2433  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2434  */
2435 static int move_freepages(struct zone *zone,
2436                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2437                           int migratetype, int *num_movable)
2438 {
2439         struct page *page;
2440         unsigned long pfn;
2441         unsigned int order;
2442         int pages_moved = 0;
2443
2444         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2445                 if (!pfn_valid_within(pfn)) {
2446                         pfn++;
2447                         continue;
2448                 }
2449
2450                 page = pfn_to_page(pfn);
2451                 if (!PageBuddy(page)) {
2452                         /*
2453                          * We assume that pages that could be isolated for
2454                          * migration are movable. But we don't actually try
2455                          * isolating, as that would be expensive.
2456                          */
2457                         if (num_movable &&
2458                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2459                                 (*num_movable)++;
2460                         pfn++;
2461                         continue;
2462                 }
2463
2464                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2465                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2466                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2467
2468                 order = buddy_order(page);
2469                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2470                 pfn += 1 << order;
2471                 pages_moved += 1 << order;
2472         }
2473
2474         return pages_moved;
2475 }
2476
2477 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2478                                 int migratetype, int *num_movable)
2479 {
2480         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2481
2482         if (num_movable)
2483                 *num_movable = 0;
2484
2485         pfn = page_to_pfn(page);
2486         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2487         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2488
2489         /* Do not cross zone boundaries */
2490         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2491                 start_pfn = pfn;
2492         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2493                 return 0;
2494
2495         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2496                                                                 num_movable);
2497 }
2498
2499 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2500                                         int start_order, int migratetype)
2501 {
2502         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2503
2504         while (nr_pageblocks--) {
2505                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2506                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2507         }
2508 }
2509
2510 /*
2511  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2512  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2513  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2514  *
2515  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2516  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2517  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2518  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2519  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2520  * pageblocks.
2521  */
2522 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2523 {
2524         /*
2525          * Leaving this order check is intended, although there is
2526          * relaxed order check in next check. The reason is that
2527          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2528          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2529          * so could be changed anytime.
2530          */
2531         if (order >= pageblock_order)
2532                 return true;
2533
2534         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2535                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2536                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2537                 page_group_by_mobility_disabled)
2538                 return true;
2539
2540         return false;
2541 }
2542
2543 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2544 {
2545         unsigned long max_boost;
2546
2547         if (!watermark_boost_factor)
2548                 return false;
2549         /*
2550          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2551          * On small machines, including kdump capture kernels running
2552          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2553          * memory situation immediately.
2554          */
2555         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2556                 return false;
2557
2558         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2559                         watermark_boost_factor, 10000);
2560
2561         /*
2562          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2563          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2564          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2565          * allocations that early means that reclaim is not going
2566          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2567          * boosted watermark resulting in a hang.
2568          */
2569         if (!max_boost)
2570                 return false;
2571
2572         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2573
2574         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2575                 max_boost);
2576
2577         return true;
2578 }
2579
2580 /*
2581  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2582  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2583  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2584  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2585  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2586  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2587  */
2588 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2589                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2590 {
2591         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2592         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2593         int old_block_type;
2594
2595         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2596
2597         /*
2598          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2599          * highatomic accounting.
2600          */
2601         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2602                 goto single_page;
2603
2604         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2605         if (current_order >= pageblock_order) {
2606                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2607                 goto single_page;
2608         }
2609
2610         /*
2611          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2612          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2613          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2614          */
2615         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2616                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2617
2618         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2619         if (!whole_block)
2620                 goto single_page;
2621
2622         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2623                                                 &movable_pages);
2624         /*
2625          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2626          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2627          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2628          */
2629         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2630                 alike_pages = movable_pages;
2631         } else {
2632                 /*
2633                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2634                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2635                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2636                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2637                  * exact migratetype of non-movable pages.
2638                  */
2639                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2640                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2641                                                 - (free_pages + movable_pages);
2642                 else
2643                         alike_pages = 0;
2644         }
2645
2646         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2647         if (!free_pages)
2648                 goto single_page;
2649
2650         /*
2651          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2652          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2653          */
2654         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2655                         page_group_by_mobility_disabled)
2656                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2657
2658         return;
2659
2660 single_page:
2661         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2662 }
2663
2664 /*
2665  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2666  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2667  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2668  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2669  */
2670 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2671                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2672 {
2673         int i;
2674         int fallback_mt;
2675
2676         if (area->nr_free == 0)
2677                 return -1;
2678
2679         *can_steal = false;
2680         for (i = 0;; i++) {
2681                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2682                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2683                         break;
2684
2685                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2686                         continue;
2687
2688                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2689                         *can_steal = true;
2690
2691                 if (!only_stealable)
2692                         return fallback_mt;
2693
2694                 if (*can_steal)
2695                         return fallback_mt;
2696         }
2697
2698         return -1;
2699 }
2700
2701 /*
2702  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2703  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2704  */
2705 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2706                                 unsigned int alloc_order)
2707 {
2708         int mt;
2709         unsigned long max_managed, flags;
2710
2711         /*
2712          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2713          * Check is race-prone but harmless.
2714          */
2715         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2716         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2717                 return;
2718
2719         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2720
2721         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2722         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2723                 goto out_unlock;
2724
2725         /* Yoink! */
2726         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2727         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2728             && !is_migrate_cma(mt)) {
2729                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2730                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2731                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2732         }
2733
2734 out_unlock:
2735         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2736 }
2737
2738 /*
2739  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2740  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2741  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2742  * to recover from than an OOM.
2743  *
2744  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2745  * pageblock is exhausted.
2746  */
2747 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2748                                                 bool force)
2749 {
2750         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2751         unsigned long flags;
2752         struct zoneref *z;
2753         struct zone *zone;
2754         struct page *page;
2755         int order;
2756         bool ret;
2757
2758         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2759                                                                 ac->nodemask) {
2760                 /*
2761                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2762                  * is really high.
2763                  */
2764                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2765                                         pageblock_nr_pages)
2766                         continue;
2767
2768                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2769                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2770                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2771
2772                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2773                         if (!page)
2774                                 continue;
2775
2776                         /*
2777                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2778                          * we can counter several free pages in a pageblock
2779                          * in this loop although we changed the pageblock type
2780                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2781                          * adjust the count once.
2782                          */
2783                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2784                                 /*
2785                                  * It should never happen but changes to
2786                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2787                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2788                                  * while unreserving so be safe and watch for
2789                                  * underflows.
2790                                  */
2791                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2792                                                 pageblock_nr_pages,
2793                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2794                         }
2795
2796                         /*
2797                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2798                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2799                          * is doing the work and needs the pages. More
2800                          * importantly, if the block was always converted to
2801                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2802                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2803                          * may increase.
2804                          */
2805                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2806                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2807                                                                         NULL);
2808                         if (ret) {
2809                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2810                                 return ret;
2811                         }
2812                 }
2813                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2814         }
2815
2816         return false;
2817 }
2818
2819 /*
2820  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2821  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2822  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2823  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2824  *
2825  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2826  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2827  * condition simpler.
2828  */
2829 static __always_inline bool
2830 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2831                                                 unsigned int alloc_flags)
2832 {
2833         struct free_area *area;
2834         int current_order;
2835         int min_order = order;
2836         struct page *page;
2837         int fallback_mt;
2838         bool can_steal;
2839
2840         /*
2841          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2842          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2843          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2844          */
2845         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2846                 min_order = pageblock_order;
2847
2848         /*
2849          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2850          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2851          * would be too costly to do exactly.
2852          */
2853         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2854                                 --current_order) {
2855                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2856                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2857                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2858                 if (fallback_mt == -1)
2859                         continue;
2860
2861                 /*
2862                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2863                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2864                  * steal and split the smallest available page instead of the
2865                  * largest available page, because even if the next movable
2866                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2867                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2868                  */
2869                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2870                                         && current_order > order)
2871                         goto find_smallest;
2872
2873                 goto do_steal;
2874         }
2875
2876         return false;
2877
2878 find_smallest:
2879         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2880                                                         current_order++) {
2881                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2882                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2883                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2884                 if (fallback_mt != -1)
2885                         break;
2886         }
2887
2888         /*
2889          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2890          * when looking for the largest page.
2891          */
2892         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2893
2894 do_steal:
2895         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2896
2897         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2898                                                                 can_steal);
2899
2900         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2901                 start_migratetype, fallback_mt);
2902
2903         return true;
2904
2905 }
2906
2907 /*
2908  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2909  * Call me with the zone->lock already held.
2910  */
2911 static __always_inline struct page *
2912 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2913                                                 unsigned int alloc_flags)
2914 {
2915         struct page *page;
2916
2917         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2918                 /*
2919                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2920                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2921                  * is in the CMA area.
2922                  */
2923                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2924                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2925                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2926                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2927                         if (page)
2928                                 goto out;
2929                 }
2930         }
2931 retry:
2932         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2933         if (unlikely(!page)) {
2934                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2935                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2936
2937                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2938                                                                 alloc_flags))
2939                         goto retry;
2940         }
2941 out:
2942         if (page)
2943                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2944         return page;
2945 }
2946
2947 /*
2948  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2949  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2950  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2951  */
2952 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2953                         unsigned long count, struct list_head *list,
2954                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2955 {
2956         int i, allocated = 0;
2957
2958         spin_lock(&zone->lock);
2959         for (i = 0; i < count; ++i) {
2960                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2961                                                                 alloc_flags);
2962                 if (unlikely(page == NULL))
2963                         break;
2964
2965                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2966                         continue;
2967
2968                 /*
2969                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2970                  * physical page order. The page is added to the tail of
2971                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2972                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2973                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2974                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2975                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2976                  * pages are ordered properly.
2977                  */
2978                 list_add_tail(&page->lru, list);
2979                 allocated++;
2980                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2981                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2982                                               -(1 << order));
2983         }
2984
2985         /*
2986          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2987          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2988          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
2989          * pages added to the pcp list.
2990          */
2991         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2992         spin_unlock(&zone->lock);
2993         return allocated;
2994 }
2995
2996 #ifdef CONFIG_NUMA
2997 /*
2998  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2999  * currently executing processor on remote nodes after they have
3000  * expired.
3001  *
3002  * Note that this function must be called with the thread pinned to
3003  * a single processor.
3004  */
3005 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3006 {
3007         unsigned long flags;
3008         int to_drain, batch;
3009
3010         local_irq_save(flags);
3011         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3012         to_drain = min(pcp->count, batch);
3013         if (to_drain > 0)
3014                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
3015         local_irq_restore(flags);
3016 }
3017 #endif
3018
3019 /*
3020  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3021  *
3022  * The processor must either be the current processor and the
3023  * thread pinned to the current processor or a processor that
3024  * is not online.
3025  */
3026 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3027 {
3028         unsigned long flags;
3029         struct per_cpu_pageset *pset;
3030         struct per_cpu_pages *pcp;
3031
3032         local_irq_save(flags);
3033         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3034
3035         pcp = &pset->pcp;
3036         if (pcp->count)
3037                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
3038         local_irq_restore(flags);
3039 }
3040
3041 /*
3042  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3043  *
3044  * The processor must either be the current processor and the
3045  * thread pinned to the current processor or a processor that
3046  * is not online.
3047  */
3048 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3049 {
3050         struct zone *zone;
3051
3052         for_each_populated_zone(zone) {
3053                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3054         }
3055 }
3056
3057 /*
3058  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3059  *
3060  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3061  * the single zone's pages.
3062  */
3063 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3064 {
3065         int cpu = smp_processor_id();
3066
3067         if (zone)
3068                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3069         else
3070                 drain_pages(cpu);
3071 }
3072
3073 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3074 {
3075         struct pcpu_drain *drain;
3076
3077         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3078
3079         /*
3080          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3081          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3082          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3083          * cpu which is alright but we also have to make sure to not move to
3084          * a different one.
3085          */
3086         preempt_disable();
3087         drain_local_pages(drain->zone);
3088         preempt_enable();
3089 }
3090
3091 /*
3092  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3093  * drain on all cpus.
3094  *
3095  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3096  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3097  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3098  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3099  * optimizing racy check.
3100  */
3101 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3102 {
3103         int cpu;
3104
3105         /*
3106          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
3107          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3108          */
3109         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3110
3111         /*
3112          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3113          * initialized.
3114          */
3115         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3116                 return;
3117
3118         /*
3119          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3120          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3121          * the drain to be complete when the call returns.
3122          */
3123         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3124                 if (!zone)
3125                         return;
3126                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3127         }
3128
3129         /*
3130          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3131          * as offline notification will cause the notified
3132          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3133          * disables preemption as part of its processing
3134          */
3135         for_each_online_cpu(cpu) {
3136                 struct per_cpu_pageset *pcp;
3137                 struct zone *z;
3138                 bool has_pcps = false;
3139
3140                 if (force_all_cpus) {
3141                         /*
3142                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3143                          * guarantee that no cpu is missed.
3144                          */
3145                         has_pcps = true;
3146                 } else if (zone) {
3147                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3148                         if (pcp->pcp.count)
3149                                 has_pcps = true;
3150                 } else {
3151                         for_each_populated_zone(z) {
3152                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
3153                                 if (pcp->pcp.count) {
3154                                         has_pcps = true;
3155                                         break;
3156                                 }
3157                         }
3158                 }
3159
3160                 if (has_pcps)
3161                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3162                 else
3163                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3164         }
3165
3166         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3167                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3168
3169                 drain->zone = zone;
3170                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3171                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3172         }
3173         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3174                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3175
3176         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3177 }
3178
3179 /*
3180  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3181  *
3182  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3183  *
3184  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3185  */
3186 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3187 {
3188         __drain_all_pages(zone, false);
3189 }
3190
3191 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3192
3193 /*
3194  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3195  */
3196 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3197
3198 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3199 {
3200         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3201         unsigned long flags;
3202         unsigned int order, t;
3203         struct page *page;
3204
3205         if (zone_is_empty(zone))
3206                 return;
3207
3208         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3209
3210         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3211         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3212                 if (pfn_valid(pfn)) {
3213                         page = pfn_to_page(pfn);
3214
3215                         if (!--page_count) {
3216                                 touch_nmi_watchdog();
3217                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3218                         }
3219
3220                         if (page_zone(page) != zone)
3221                                 continue;
3222
3223                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3224                                 swsusp_unset_page_free(page);
3225                 }
3226
3227         for_each_migratetype_order(order, t) {
3228                 list_for_each_entry(page,
3229                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3230                         unsigned long i;
3231
3232                         pfn = page_to_pfn(page);
3233                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3234                                 if (!--page_count) {
3235                                         touch_nmi_watchdog();
3236                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3237                                 }
3238                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3239                         }
3240                 }
3241         }
3242         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3243 }
3244 #endif /* CONFIG_PM */
3245
3246 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3247 {
3248         int migratetype;
3249
3250         if (!free_pcp_prepare(page))
3251                 return false;
3252
3253         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3254         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3255         return true;
3256 }
3257
3258 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3259 {
3260         struct zone *zone = page_zone(page);
3261         struct per_cpu_pages *pcp;
3262         int migratetype;
3263
3264         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3265         __count_vm_event(PGFREE);
3266
3267         /*
3268          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3269          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3270          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3271          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3272          * excessively into the page allocator
3273          */
3274         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3275                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3276                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype,
3277                                       FPI_NONE);
3278                         return;
3279                 }
3280                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3281         }
3282
3283         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3284         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3285         pcp->count++;
3286         if (pcp->count >= READ_ONCE(pcp->high))
3287                 free_pcppages_bulk(zone, READ_ONCE(pcp->batch), pcp);
3288 }
3289
3290 /*
3291  * Free a 0-order page
3292  */
3293 void free_unref_page(struct page *page)
3294 {
3295         unsigned long flags;
3296         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3297
3298         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3299                 return;
3300
3301         local_irq_save(flags);
3302         free_unref_page_commit(page, pfn);
3303         local_irq_restore(flags);
3304 }
3305
3306 /*
3307  * Free a list of 0-order pages
3308  */
3309 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3310 {
3311         struct page *page, *next;
3312         unsigned long flags, pfn;
3313         int batch_count = 0;
3314
3315         /* Prepare pages for freeing */
3316         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3317                 pfn = page_to_pfn(page);
3318                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3319                         list_del(&page->lru);
3320                 set_page_private(page, pfn);
3321         }
3322
3323         local_irq_save(flags);
3324         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3325                 unsigned long pfn = page_private(page);
3326
3327                 set_page_private(page, 0);
3328                 trace_mm_page_free_batched(page);
3329                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3330
3331                 /*
3332                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3333                  * a large list of pages to free.
3334                  */
3335                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3336                         local_irq_restore(flags);
3337                         batch_count = 0;
3338                         local_irq_save(flags);
3339                 }
3340         }
3341         local_irq_restore(flags);
3342 }
3343
3344 /*
3345  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3346  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3347  * Each sub-page must be freed individually.
3348  *
3349  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3350  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3351  */
3352 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3353 {
3354         int i;
3355
3356         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3357         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3358
3359         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3360                 set_page_refcounted(page + i);
3361         split_page_owner(page, 1 << order);
3362         split_page_memcg(page, 1 << order);
3363 }
3364 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3365
3366 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3367 {
3368         unsigned long watermark;
3369         struct zone *zone;
3370         int mt;
3371
3372         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3373
3374         zone = page_zone(page);
3375         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3376
3377         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3378                 /*
3379                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3380                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3381                  * watermark, because we already know our high-order page
3382                  * exists.
3383                  */
3384                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3385                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3386                         return 0;
3387
3388                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3389         }
3390
3391         /* Remove page from free list */
3392
3393         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3394
3395         /*
3396          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3397          * pageblock
3398          */
3399         if (order >= pageblock_order - 1) {
3400                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3401                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3402                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3403                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3404                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3405                                 set_pageblock_migratetype(page,
3406                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3407                 }
3408         }
3409
3410
3411         return 1UL << order;
3412 }
3413
3414 /**
3415  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3416  * @page: Page that was isolated
3417  * @order: Order of the isolated page
3418  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3419  *
3420  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3421  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3422  */
3423 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3424 {
3425         struct zone *zone = page_zone(page);
3426
3427         /* zone lock should be held when this function is called */
3428         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3429
3430         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3431         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3432                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3433 }
3434
3435 /*
3436  * Update NUMA hit/miss statistics
3437  *
3438  * Must be called with interrupts disabled.
3439  */
3440 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3441 {
3442 #ifdef CONFIG_NUMA
3443         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3444
3445         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3446         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3447                 return;
3448
3449         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3450                 local_stat = NUMA_OTHER;
3451
3452         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3453                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3454         else {
3455                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3456                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3457         }
3458         __inc_numa_state(z, local_stat);
3459 #endif
3460 }
3461
3462 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3463 static inline
3464 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3465                         unsigned int alloc_flags,
3466                         struct per_cpu_pages *pcp,
3467                         struct list_head *list)
3468 {
3469         struct page *page;
3470
3471         do {
3472                 if (list_empty(list)) {
3473                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3474                                         READ_ONCE(pcp->batch), list,
3475                                         migratetype, alloc_flags);
3476                         if (unlikely(list_empty(list)))
3477                                 return NULL;
3478                 }
3479
3480                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3481                 list_del(&page->lru);
3482                 pcp->count--;
3483         } while (check_new_pcp(page));
3484
3485         return page;
3486 }
3487
3488 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3489 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3490                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3491                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3492 {
3493         struct per_cpu_pages *pcp;
3494         struct list_head *list;
3495         struct page *page;
3496         unsigned long flags;
3497
3498         local_irq_save(flags);
3499         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3500         list = &pcp->lists[migratetype];
3501         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3502         if (page) {
3503                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3504                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3505         }
3506         local_irq_restore(flags);
3507         return page;
3508 }
3509
3510 /*
3511  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3512  */
3513 static inline
3514 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3515                         struct zone *zone, unsigned int order,
3516                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3517                         int migratetype)
3518 {
3519         unsigned long flags;
3520         struct page *page;
3521
3522         if (likely(order == 0)) {
3523                 /*
3524                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3525                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3526                  */
3527                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3528                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3529                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3530                                         migratetype, alloc_flags);
3531                         goto out;
3532                 }
3533         }
3534
3535         /*
3536          * We most definitely don't want callers attempting to
3537          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3538          */
3539         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3540         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3541
3542         do {
3543                 page = NULL;
3544                 /*
3545                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3546                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3547                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3548                  * request should skip it.
3549                  */
3550                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3551                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3552                         if (page)
3553                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3554                 }
3555                 if (!page)
3556                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3557         } while (page && check_new_pages(page, order));
3558         spin_unlock(&zone->lock);
3559         if (!page)
3560                 goto failed;
3561         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3562                                   get_pcppage_migratetype(page));
3563
3564         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3565         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3566         local_irq_restore(flags);
3567
3568 out:
3569         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3570         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3571                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3572                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3573         }
3574
3575         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3576         return page;
3577
3578 failed:
3579         local_irq_restore(flags);
3580         return NULL;
3581 }
3582
3583 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3584
3585 static struct {
3586         struct fault_attr attr;
3587
3588         bool ignore_gfp_highmem;
3589         bool ignore_gfp_reclaim;
3590         u32 min_order;
3591 } fail_page_alloc = {
3592         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3593         .ignore_gfp_reclaim = true,
3594         .ignore_gfp_highmem = true,
3595         .min_order = 1,
3596 };
3597
3598 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3599 {
3600         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3601 }
3602 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3603
3604 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3605 {
3606         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3607                 return false;
3608         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3609                 return false;
3610         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3611                 return false;
3612         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3613                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3614                 return false;
3615
3616         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3617 }
3618
3619 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3620
3621 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3622 {
3623         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3624         struct dentry *dir;
3625
3626         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3627                                         &fail_page_alloc.attr);
3628
3629         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3630                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3631         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3632                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3633         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3634
3635         return 0;
3636 }
3637
3638 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3639
3640 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3641
3642 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3643
3644 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3645 {
3646         return false;
3647 }
3648
3649 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3650
3651 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3652 {
3653         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3654 }
3655 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3656
3657 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3658                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3659 {
3660         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3661         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3662
3663         /*
3664          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3665          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3666          * atomic reserve but it avoids a search.
3667          */
3668         if (likely(!alloc_harder))
3669                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3670
3671 #ifdef CONFIG_CMA
3672         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3673         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3674                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3675 #endif
3676
3677         return unusable_free;
3678 }
3679
3680 /*
3681  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3682  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3683  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3684  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3685  */
3686 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3687                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3688                          long free_pages)
3689 {
3690         long min = mark;
3691         int o;
3692         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3693
3694         /* free_pages may go negative - that's OK */
3695         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3696
3697         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3698                 min -= min / 2;
3699
3700         if (unlikely(alloc_harder)) {
3701                 /*
3702                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3703                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3704                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3705                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3706                  */
3707                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3708                         min -= min / 2;
3709                 else
3710                         min -= min / 4;
3711         }
3712
3713         /*
3714          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3715          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3716          * even if a suitable page happened to be free.
3717          */
3718         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3719                 return false;
3720
3721         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3722         if (!order)
3723                 return true;
3724
3725         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3726         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3727                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3728                 int mt;
3729
3730                 if (!area->nr_free)
3731                         continue;
3732
3733                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3734                         if (!free_area_empty(area, mt))
3735                                 return true;
3736                 }
3737
3738 #ifdef CONFIG_CMA
3739                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3740                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3741                         return true;
3742                 }
3743 #endif
3744                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3745                         return true;
3746         }
3747         return false;
3748 }
3749
3750 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3751                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3752 {
3753         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3754                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3755 }
3756
3757 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3758                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3759                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3760 {
3761         long free_pages;
3762
3763         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3764
3765         /*
3766          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3767          * need to be calculated.
3768          */
3769         if (!order) {
3770                 long fast_free;
3771
3772                 fast_free = free_pages;
3773                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3774                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3775                         return true;
3776         }
3777
3778         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3779                                         free_pages))
3780                 return true;
3781         /*
3782          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3783          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3784          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3785          * when below the low watermark.
3786          */
3787         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3788                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3789                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3790                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3791                                         alloc_flags, free_pages);
3792         }
3793
3794         return false;
3795 }
3796
3797 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3798                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3799 {
3800         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3801
3802         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3803                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3804
3805         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3806                                                                 free_pages);
3807 }
3808
3809 #ifdef CONFIG_NUMA
3810 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3811 {
3812         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3813                                 node_reclaim_distance;
3814 }
3815 #else   /* CONFIG_NUMA */
3816 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3817 {
3818         return true;
3819 }
3820 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3821
3822 /*
3823  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3824  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3825  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3826  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3827  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3828  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3829  */
3830 static inline unsigned int
3831 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3832 {
3833         unsigned int alloc_flags;
3834
3835         /*
3836          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3837          * to save a branch.
3838          */
3839         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3840
3841 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3842         if (!zone)
3843                 return alloc_flags;
3844
3845         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3846                 return alloc_flags;
3847
3848         /*
3849          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3850          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3851          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3852          */
3853         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3854         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3855                 return alloc_flags;
3856
3857         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3858 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3859         return alloc_flags;
3860 }
3861
3862 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
3863 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
3864                                                   unsigned int alloc_flags)
3865 {
3866 #ifdef CONFIG_CMA
3867         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3868                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3869 #endif
3870         return alloc_flags;
3871 }
3872
3873 /*
3874  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3875  * a page.
3876  */
3877 static struct page *
3878 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3879                                                 const struct alloc_context *ac)
3880 {
3881         struct zoneref *z;
3882         struct zone *zone;
3883         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3884         bool no_fallback;
3885
3886 retry:
3887         /*
3888          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3889          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3890          */
3891         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3892         z = ac->preferred_zoneref;
3893         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3894                                         ac->nodemask) {
3895                 struct page *page;
3896                 unsigned long mark;
3897
3898                 if (cpusets_enabled() &&
3899                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3900                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3901                                 continue;
3902                 /*
3903                  * When allocating a page cache page for writing, we
3904                  * want to get it from a node that is within its dirty
3905                  * limit, such that no single node holds more than its
3906                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3907                  * The dirty limits take into account the node's
3908                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3909                  * should be able to balance it without having to
3910                  * write pages from its LRU list.
3911                  *
3912                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3913                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3914                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3915                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3916                  * nodes are together not big enough to reach the
3917                  * global limit.  The proper fix for these situations
3918                  * will require awareness of nodes in the
3919                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3920                  */
3921                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3922                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3923                                 continue;
3924
3925                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3926                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3927                                 continue;
3928                         }
3929                 }
3930
3931                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3932                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3933                         int local_nid;
3934
3935                         /*
3936                          * If moving to a remote node, retry but allow
3937                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3938                          * than fragmentation avoidance.
3939                          */
3940                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3941                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3942                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3943                                 goto retry;
3944                         }
3945                 }
3946
3947                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3948                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3949                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3950                                        gfp_mask)) {
3951                         int ret;
3952
3953 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3954                         /*
3955                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3956                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3957                          */
3958                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3959                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3960                                         goto try_this_zone;
3961                         }
3962 #endif
3963                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3964                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3965                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3966                                 goto try_this_zone;
3967
3968                         if (!node_reclaim_enabled() ||
3969                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3970                                 continue;
3971
3972                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3973                         switch (ret) {
3974                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3975                                 /* did not scan */
3976                                 continue;
3977                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3978                                 /* scanned but unreclaimable */
3979                                 continue;
3980                         default:
3981                                 /* did we reclaim enough */
3982                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3983                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3984                                         goto try_this_zone;
3985
3986                                 continue;
3987                         }
3988                 }
3989
3990 try_this_zone:
3991                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3992                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3993                 if (page) {
3994                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3995
3996                         /*
3997                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3998                          * if the pageblock should be reserved for the future
3999                          */
4000                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4001                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4002
4003                         return page;
4004                 } else {
4005 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4006                         /* Try again if zone has deferred pages */
4007                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4008                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4009                                         goto try_this_zone;
4010                         }
4011 #endif
4012                 }
4013         }
4014
4015         /*
4016          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4017          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4018          */
4019         if (no_fallback) {
4020                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4021                 goto retry;
4022         }
4023
4024         return NULL;
4025 }
4026
4027 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4028 {
4029         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4030
4031         /*
4032          * This documents exceptions given to allocations in certain
4033          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4034          * of allowed nodes.
4035          */
4036         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4037                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4038                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4039                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4040         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4041                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4042
4043         show_mem(filter, nodemask);
4044 }
4045
4046 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4047 {
4048         struct va_format vaf;
4049         va_list args;
4050         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4051
4052         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
4053                 return;
4054
4055         va_start(args, fmt);
4056         vaf.fmt = fmt;
4057         vaf.va = &args;
4058         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4059                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4060                         nodemask_pr_args(nodemask));
4061         va_end(args);
4062
4063         cpuset_print_current_mems_allowed();
4064         pr_cont("\n");
4065         dump_stack();
4066         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4067 }
4068
4069 static inline struct page *
4070 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4071                               unsigned int alloc_flags,
4072                               const struct alloc_context *ac)
4073 {
4074         struct page *page;
4075
4076         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4077                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4078         /*
4079          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4080          * are depleted
4081          */
4082         if (!page)
4083                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4084                                 alloc_flags, ac);
4085
4086         return page;
4087 }
4088
4089 static inline struct page *
4090 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4091         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4092 {
4093         struct oom_control oc = {
4094                 .zonelist = ac->zonelist,
4095                 .nodemask = ac->nodemask,
4096                 .memcg = NULL,
4097                 .gfp_mask = gfp_mask,
4098                 .order = order,
4099         };
4100         struct page *page;
4101
4102         *did_some_progress = 0;
4103
4104         /*
4105          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4106          * making progress for us.
4107          */
4108         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4109                 *did_some_progress = 1;
4110                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4111                 return NULL;
4112         }
4113
4114         /*
4115          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4116          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4117          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4118          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4119          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4120          */
4121         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4122                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4123                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4124         if (page)
4125                 goto out;
4126
4127         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4128         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4129                 goto out;
4130         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4131         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4132                 goto out;
4133         /*
4134          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4135          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4136          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4137          * fallback than shooting a random task.
4138          *
4139          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4140          */
4141         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4142                 goto out;
4143         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4144         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4145                 goto out;
4146         if (pm_suspended_storage())
4147                 goto out;
4148         /*
4149          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4150          * other request to make a forward progress.
4151          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4152          * do much for this context but let's try it to at least get
4153          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4154          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4155          * failures more gracefully we should just bail out here.
4156          */
4157
4158         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4159         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4160                 *did_some_progress = 1;
4161
4162                 /*
4163                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4164                  * reserves
4165                  */
4166                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4167                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4168                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4169         }
4170 out:
4171         mutex_unlock(&oom_lock);
4172         return page;
4173 }
4174
4175 /*
4176  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4177  * killer is consider as the only way to move forward.
4178  */
4179 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4180
4181 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4182 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4183 static struct page *
4184 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4185                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4186                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4187 {
4188         struct page *page = NULL;
4189         unsigned long pflags;
4190         unsigned int noreclaim_flag;
4191
4192         if (!order)
4193                 return NULL;
4194
4195         psi_memstall_enter(&pflags);
4196         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4197
4198         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4199                                                                 prio, &page);
4200
4201         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4202         psi_memstall_leave(&pflags);
4203
4204         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4205                 return NULL;
4206         /*
4207          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4208          * count a compaction stall
4209          */
4210         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4211
4212         /* Prep a captured page if available */
4213         if (page)
4214                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4215
4216         /* Try get a page from the freelist if available */
4217         if (!page)
4218                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4219
4220         if (page) {
4221                 struct zone *zone = page_zone(page);
4222
4223                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4224                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4225                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4226                 return page;
4227         }
4228
4229         /*
4230          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4231          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4232          */
4233         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4234
4235         cond_resched();
4236
4237         return NULL;
4238 }
4239
4240 static inline bool
4241 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4242                      enum compact_result compact_result,
4243                      enum compact_priority *compact_priority,
4244                      int *compaction_retries)
4245 {
4246         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4247         int min_priority;
4248         bool ret = false;
4249         int retries = *compaction_retries;
4250         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4251
4252         if (!order)
4253                 return false;
4254
4255         if (fatal_signal_pending(current))
4256                 return false;
4257
4258         if (compaction_made_progress(compact_result))
4259                 (*compaction_retries)++;
4260
4261         /*
4262          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4263          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4264          * failure could be caused by insufficient priority
4265          */
4266         if (compaction_failed(compact_result))
4267                 goto check_priority;
4268
4269         /*
4270          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4271          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4272          */
4273         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4274                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4275                 goto out;
4276         }
4277
4278         /*
4279          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4280          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4281          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4282          * we don't just keep bailing out endlessly.
4283          */
4284         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4285                 goto check_priority;
4286         }
4287
4288         /*
4289          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4290          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4291          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4292          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4293          * would need much more detailed feedback from compaction to
4294          * make a better decision.
4295          */
4296         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4297                 max_retries /= 4;
4298         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4299                 ret = true;
4300                 goto out;
4301         }
4302
4303         /*
4304          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4305          * all retries or failed at the lower priorities.
4306          */
4307 check_priority:
4308         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4309                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4310
4311         if (*compact_priority > min_priority) {
4312                 (*compact_priority)--;
4313                 *compaction_retries = 0;
4314                 ret = true;
4315         }
4316 out:
4317         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4318         return ret;
4319 }
4320 #else
4321 static inline struct page *
4322 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4323                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4324                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4325 {
4326         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4327         return NULL;
4328 }
4329
4330 static inline bool
4331 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4332                      enum compact_result compact_result,
4333                      enum compact_priority *compact_priority,
4334                      int *compaction_retries)
4335 {
4336         struct zone *zone;
4337         struct zoneref *z;
4338
4339         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4340                 return false;
4341
4342         /*
4343          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4344          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4345          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4346          * watermarks are OK.
4347          */
4348         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4349                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4350                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4351                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4352                         return true;
4353         }
4354         return false;
4355 }
4356 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4357
4358 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4359 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4360         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4361
4362 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4363 {
4364         /* no reclaim without waiting on it */
4365         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4366                 return false;
4367
4368         /* this guy won't enter reclaim */
4369         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4370                 return false;
4371
4372         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4373                 return false;
4374
4375         return true;
4376 }
4377
4378 void __fs_reclaim_acquire(void)
4379 {
4380         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4381 }
4382
4383 void __fs_reclaim_release(void)
4384 {
4385         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4386 }
4387
4388 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4389 {
4390         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4391
4392         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4393                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4394                         __fs_reclaim_acquire();
4395
4396 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4397                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4398                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4399 #endif
4400
4401         }
4402 }
4403 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4404
4405 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4406 {
4407         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4408
4409         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4410                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4411                         __fs_reclaim_release();
4412         }
4413 }
4414 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4415 #endif
4416
4417 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4418 static unsigned long
4419 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4420                                         const struct alloc_context *ac)
4421 {
4422         unsigned int noreclaim_flag;
4423         unsigned long pflags, progress;
4424
4425         cond_resched();
4426
4427         /* We now go into synchronous reclaim */
4428         cpuset_memory_pressure_bump();
4429         psi_memstall_enter(&pflags);
4430         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4431         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4432
4433         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4434                                                                 ac->nodemask);
4435
4436         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4437         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4438         psi_memstall_leave(&pflags);
4439
4440         cond_resched();
4441
4442         return progress;
4443 }
4444
4445 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4446 static inline struct page *
4447 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4448                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4449                 unsigned long *did_some_progress)
4450 {
4451         struct page *page = NULL;
4452         bool drained = false;
4453
4454         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4455         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4456                 return NULL;
4457
4458 retry:
4459         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4460
4461         /*
4462          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4463          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4464          * Shrink them and try again
4465          */
4466         if (!page && !drained) {
4467                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4468                 drain_all_pages(NULL);
4469                 drained = true;
4470                 goto retry;
4471         }
4472
4473         return page;
4474 }
4475
4476 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4477                              const struct alloc_context *ac)
4478 {
4479         struct zoneref *z;
4480         struct zone *zone;
4481         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4482         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4483
4484         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4485                                         ac->nodemask) {
4486                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4487                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4488                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4489         }
4490 }
4491
4492 static inline unsigned int
4493 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4494 {
4495         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4496
4497         /*
4498          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4499          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4500          * to save two branches.
4501          */
4502         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4503         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4504
4505         /*
4506          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4507          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4508          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4509          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4510          */
4511         alloc_flags |= (__force int)
4512                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4513
4514         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4515                 /*
4516                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4517                  * if it can't schedule.
4518                  */
4519                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4520                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4521                 /*
4522                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4523                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4524                  */
4525                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4526         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4527                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4528
4529         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4530
4531         return alloc_flags;
4532 }
4533
4534 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4535 {
4536         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4537                 return false;
4538
4539         /*
4540          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4541          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4542          */
4543         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4544                 return false;
4545
4546         return true;
4547 }
4548
4549 /*
4550  * Distinguish requests which really need access to full memory
4551  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4552  */
4553 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4554 {
4555         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4556                 return 0;
4557         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4558                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4559         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4560                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4561         if (!in_interrupt()) {
4562                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4563                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4564                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4565                         return ALLOC_OOM;
4566         }
4567
4568         return 0;
4569 }
4570
4571 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4572 {
4573         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4574 }
4575
4576 /*
4577  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4578  * for the given allocation request.
4579  *
4580  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4581  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4582  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4583  *
4584  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4585  */
4586 static inline bool
4587 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4588                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4589                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4590 {
4591         struct zone *zone;
4592         struct zoneref *z;
4593         bool ret = false;
4594
4595         /*
4596          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4597          * their order will become available due to high fragmentation so
4598          * always increment the no progress counter for them
4599          */
4600         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4601                 *no_progress_loops = 0;
4602         else
4603                 (*no_progress_loops)++;
4604
4605         /*
4606          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4607          * several times in the row.
4608          */
4609         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4610                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4611                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4612         }
4613
4614         /*
4615          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4616          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4617          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4618          * screwed and have to go OOM.
4619          */
4620         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4621                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4622                 unsigned long available;
4623                 unsigned long reclaimable;
4624                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4625                 bool wmark;
4626
4627                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4628                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4629
4630                 /*
4631                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4632                  * reclaimable pages?
4633                  */
4634                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4635                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4636                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4637                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4638                 if (wmark) {
4639                         /*
4640                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4641                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4642                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4643                          * prevent from pre mature OOM
4644                          */
4645                         if (!did_some_progress) {
4646                                 unsigned long write_pending;
4647
4648                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4649                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4650
4651                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4652                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4653                                         return true;
4654                                 }
4655                         }
4656
4657                         ret = true;
4658                         goto out;
4659                 }
4660         }
4661
4662 out:
4663         /*
4664          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4665          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4666          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4667          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4668          * here rather than calling cond_resched().
4669          */
4670         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4671                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4672         else
4673                 cond_resched();
4674         return ret;
4675 }
4676
4677 static inline bool
4678 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4679 {
4680         /*
4681          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4682          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4683          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4684          * such a way the check therein was true, and then it became false
4685          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4686          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4687          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4688          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4689          * caller can deal with a violated nodemask.
4690          */
4691         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4692                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4693                 ac->nodemask = NULL;
4694                 return true;
4695         }
4696
4697         /*
4698          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4699          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4700          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4701          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4702          * retry.
4703          */
4704         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4705                 return true;
4706
4707         return false;
4708 }
4709
4710 static inline struct page *
4711 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4712                                                 struct alloc_context *ac)
4713 {
4714         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4715         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4716         struct page *page = NULL;
4717         unsigned int alloc_flags;
4718         unsigned long did_some_progress;
4719         enum compact_priority compact_priority;
4720         enum compact_result compact_result;
4721         int compaction_retries;
4722         int no_progress_loops;
4723         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4724         int reserve_flags;
4725
4726         /*
4727          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4728          * callers that are not in atomic context.
4729          */
4730         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4731                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4732                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4733
4734 retry_cpuset:
4735         compaction_retries = 0;
4736         no_progress_loops = 0;
4737         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4738         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4739
4740         /*
4741          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4742          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4743          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4744          */
4745         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4746
4747         /*
4748          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4749          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4750          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4751          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4752          */
4753         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4754                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4755         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4756                 goto nopage;
4757
4758         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4759                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4760
4761         /*
4762          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4763          * that first
4764          */
4765         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4766         if (page)
4767                 goto got_pg;
4768
4769         /*
4770          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4771          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4772          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4773          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4774          * same migratetype.
4775          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4776          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4777          */
4778         if (can_direct_reclaim &&
4779                         (costly_order ||
4780                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4781                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4782                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4783                                                 alloc_flags, ac,
4784                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4785                                                 &compact_result);
4786                 if (page)
4787                         goto got_pg;
4788
4789                 /*
4790                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4791                  * includes some THP page fault allocations
4792                  */
4793                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4794                         /*
4795                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4796                          * failed because all zones are below low watermarks
4797                          * or is prohibited because it recently failed at this
4798                          * order, fail immediately unless the allocator has
4799                          * requested compaction and reclaim retry.
4800                          *
4801                          * Reclaim is
4802                          *  - potentially very expensive because zones are far
4803                          *    below their low watermarks or this is part of very
4804                          *    bursty high order allocations,
4805                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4806                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4807                          *    linear scan, and
4808                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4809                          *    own.
4810                          */
4811                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4812                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4813                                 goto nopage;
4814
4815                         /*
4816                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4817                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4818                          * using async compaction.
4819                          */
4820                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4821                 }
4822         }
4823
4824 retry:
4825         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4826         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4827                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4828
4829         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4830         if (reserve_flags)
4831                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
4832
4833         /*
4834          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4835          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4836          * user oriented.
4837          */
4838         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4839                 ac->nodemask = NULL;
4840                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4841                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4842         }
4843
4844         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4845         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4846         if (page)
4847                 goto got_pg;
4848
4849         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4850         if (!can_direct_reclaim)
4851                 goto nopage;
4852
4853         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4854         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4855                 goto nopage;
4856
4857         /* Try direct reclaim and then allocating */
4858         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4859                                                         &did_some_progress);
4860         if (page)
4861                 goto got_pg;
4862
4863         /* Try direct compaction and then allocating */
4864         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4865                                         compact_priority, &compact_result);
4866         if (page)
4867                 goto got_pg;
4868
4869         /* Do not loop if specifically requested */
4870         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4871                 goto nopage;
4872
4873         /*
4874          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4875          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4876          */
4877         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4878                 goto nopage;
4879
4880         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4881                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4882                 goto retry;
4883
4884         /*
4885          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4886          * reclaim is not able to make any progress because the current
4887          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4888          * of free memory (see __compaction_suitable)
4889          */
4890         if (did_some_progress > 0 &&
4891                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4892                                 compact_result, &compact_priority,
4893                                 &compaction_retries))
4894                 goto retry;
4895
4896
4897         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4898         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4899                 goto retry_cpuset;
4900
4901         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4902         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4903         if (page)
4904                 goto got_pg;
4905
4906         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4907         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4908             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4909              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4910                 goto nopage;
4911
4912         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4913         if (did_some_progress) {
4914                 no_progress_loops = 0;
4915                 goto retry;
4916         }
4917
4918 nopage:
4919         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4920         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4921                 goto retry_cpuset;
4922
4923         /*
4924          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4925          * we always retry
4926          */
4927         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4928                 /*
4929                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4930                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4931                  */
4932                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4933                         goto fail;
4934
4935                 /*
4936                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4937                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4938                  * for somebody to do a work for us
4939                  */
4940                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4941
4942                 /*
4943                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4944                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4945                  * so that we can identify them and convert them to something
4946                  * else.
4947                  */
4948                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4949
4950                 /*
4951                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4952                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4953                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4954                  * the situation worse
4955                  */
4956                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4957                 if (page)
4958                         goto got_pg;
4959
4960                 cond_resched();
4961                 goto retry;
4962         }
4963 fail:
4964         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4965                         "page allocation failure: order:%u", order);
4966 got_pg:
4967         return page;
4968 }
4969
4970 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4971                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4972                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
4973                 unsigned int *alloc_flags)
4974 {
4975         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4976         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4977         ac->nodemask = nodemask;
4978         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4979
4980         if (cpusets_enabled()) {
4981                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
4982                 /*
4983                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4984                  * to the current task context. It means that any node ok.
4985                  */
4986                 if (!in_interrupt() && !ac->nodemask)
4987                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4988                 else
4989                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4990         }
4991
4992         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4993         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4994
4995         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4996
4997         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4998                 return false;
4999
5000         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5001
5002         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5003         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5004
5005         /*
5006          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5007          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5008          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5009          */
5010         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5011                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5012
5013         return true;
5014 }
5015
5016 /*
5017  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5018  * @gfp: GFP flags for the allocation
5019  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5020  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5021  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5022  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5023  * @page_array: Optional array to store the pages
5024  *
5025  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5026  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5027  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5028  *
5029  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5030  *
5031  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5032  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5033  *
5034  * Returns the number of pages on the list or array.
5035  */
5036 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5037                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5038                         struct list_head *page_list,
5039                         struct page **page_array)
5040 {
5041         struct page *page;
5042         unsigned long flags;
5043         struct zone *zone;
5044         struct zoneref *z;
5045         struct per_cpu_pages *pcp;
5046         struct list_head *pcp_list;
5047         struct alloc_context ac;
5048         gfp_t alloc_gfp;
5049         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5050         int nr_populated = 0;
5051
5052         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5053                 return 0;
5054
5055         /*
5056          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5057          * to be allocated before disabling IRQs.
5058          */
5059         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5060                 nr_populated++;
5061
5062         /* Already populated array? */
5063         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5064                 return nr_populated;
5065
5066         /* Use the single page allocator for one page. */
5067         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5068                 goto failed;
5069
5070         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5071         gfp &= gfp_allowed_mask;
5072         alloc_gfp = gfp;
5073         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5074                 return 0;
5075         gfp = alloc_gfp;
5076
5077         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5078         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5079                 unsigned long mark;
5080
5081                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5082                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5083                         continue;
5084                 }
5085
5086                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5087                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5088                         goto failed;
5089                 }
5090
5091                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5092                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5093                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5094                                 alloc_flags, gfp)) {
5095                         break;
5096                 }
5097         }
5098
5099         /*
5100          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5101          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5102          */
5103         if (unlikely(!zone))
5104                 goto failed;
5105
5106         /* Attempt the batch allocation */
5107         local_irq_save(flags);
5108         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
5109         pcp_list = &pcp->lists[ac.migratetype];
5110
5111         while (nr_populated < nr_pages) {
5112
5113                 /* Skip existing pages */
5114                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5115                         nr_populated++;
5116                         continue;
5117                 }
5118
5119                 page = __rmqueue_pcplist(zone, ac.migratetype, alloc_flags,
5120                                                                 pcp, pcp_list);
5121                 if (unlikely(!page)) {
5122                         /* Try and get at least one page */
5123                         if (!nr_populated)
5124                                 goto failed_irq;
5125                         break;
5126                 }
5127
5128                 /*
5129                  * Ideally this would be batched but the best way to do
5130                  * that cheaply is to first convert zone_statistics to
5131                  * be inaccurate per-cpu counter like vm_events to avoid
5132                  * a RMW cycle then do the accounting with IRQs enabled.
5133                  */
5134                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), 1);
5135                 zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone);
5136
5137                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5138                 if (page_list)
5139                         list_add(&page->lru, page_list);
5140                 else
5141                         page_array[nr_populated] = page;
5142                 nr_populated++;
5143         }
5144
5145         local_irq_restore(flags);
5146
5147         return nr_populated;
5148
5149 failed_irq:
5150         local_irq_restore(flags);
5151
5152 failed:
5153         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5154         if (page) {
5155                 if (page_list)
5156                         list_add(&page->lru, page_list);
5157                 else
5158                         page_array[nr_populated] = page;
5159                 nr_populated++;
5160         }
5161
5162         return nr_populated;
5163 }
5164 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5165
5166 /*
5167  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5168  */
5169 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5170                                                         nodemask_t *nodemask)
5171 {
5172         struct page *page;
5173         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5174         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5175         struct alloc_context ac = { };
5176
5177         /*
5178          * There are several places where we assume that the order value is sane
5179          * so bail out early if the request is out of bound.
5180          */
5181         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
5182                 WARN_ON_ONCE(!(gfp & __GFP_NOWARN));
5183                 return NULL;
5184         }
5185
5186         gfp &= gfp_allowed_mask;
5187         /*
5188          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5189          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5190          * from a particular context which has been marked by
5191          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5192          * movable zones are not used during allocation.
5193          */
5194         gfp = current_gfp_context(gfp);
5195         alloc_gfp = gfp;
5196         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5197                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5198                 return NULL;
5199
5200         /*
5201          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5202          * memory until all local zones are considered.
5203          */
5204         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5205
5206         /* First allocation attempt */
5207         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5208         if (likely(page))
5209                 goto out;
5210
5211         alloc_gfp = gfp;
5212         ac.spread_dirty_pages = false;
5213
5214         /*
5215          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5216          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5217          */
5218         ac.nodemask = nodemask;
5219
5220         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5221
5222 out:
5223         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5224             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5225                 __free_pages(page, order);
5226                 page = NULL;
5227         }
5228
5229         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5230
5231         return page;
5232 }
5233 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5234
5235 /*
5236  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5237  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5238  * you need to access high mem.
5239  */
5240 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5241 {
5242         struct page *page;
5243
5244         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5245         if (!page)
5246                 return 0;
5247         return (unsigned long) page_address(page);
5248 }
5249 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5250
5251 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5252 {
5253         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5254 }
5255 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5256
5257 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
5258 {
5259         if (order == 0)         /* Via pcp? */
5260                 free_unref_page(page);
5261         else
5262                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
5263 }
5264
5265 /**
5266  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5267  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5268  * @order: The order of the allocation.
5269  *
5270  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5271  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5272  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5273  * than was allocated will probably emit a warning.
5274  *
5275  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5276  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5277  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5278  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5279  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5280  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5281  *
5282  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5283  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5284  */
5285 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5286 {
5287         if (put_page_testzero(page))
5288                 free_the_page(page, order);
5289         else if (!PageHead(page))
5290                 while (order-- > 0)
5291                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5292 }
5293 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5294
5295 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5296 {
5297         if (addr != 0) {
5298                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5299                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5300         }
5301 }
5302
5303 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5304
5305 /*
5306  * Page Fragment:
5307  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5308  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5309  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5310  *
5311  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5312  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5313  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5314  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5315  */
5316 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5317                                              gfp_t gfp_mask)
5318 {
5319         struct page *page = NULL;
5320         gfp_t gfp = gfp_mask;
5321
5322 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5323         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5324                     __GFP_NOMEMALLOC;
5325         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5326                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5327         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5328 #endif
5329         if (unlikely(!page))
5330                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5331
5332         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5333
5334         return page;
5335 }
5336
5337 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5338 {
5339         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5340
5341         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5342                 free_the_page(page, compound_order(page));
5343 }
5344 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5345
5346 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5347                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5348                       unsigned int align_mask)
5349 {
5350         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5351         struct page *page;
5352         int offset;
5353
5354         if (unlikely(!nc->va)) {
5355 refill:
5356                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5357                 if (!page)
5358                         return NULL;
5359
5360 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5361                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5362                 size = nc->size;
5363 #endif
5364                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5365                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5366                  */
5367                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5368
5369                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5370                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5371                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5372                 nc->offset = size;
5373         }
5374
5375         offset = nc->offset - fragsz;
5376         if (unlikely(offset < 0)) {
5377                 page = virt_to_page(nc->va);
5378
5379                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5380                         goto refill;
5381
5382                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5383                         free_the_page(page, compound_order(page));
5384                         goto refill;
5385                 }
5386
5387 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5388                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5389                 size = nc->size;
5390 #endif
5391                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5392                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5393
5394                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5395                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5396                 offset = size - fragsz;
5397         }
5398
5399         nc->pagecnt_bias--;
5400         offset &= align_mask;
5401         nc->offset = offset;
5402
5403         return nc->va + offset;
5404 }
5405 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5406
5407 /*
5408  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5409  */
5410 void page_frag_free(void *addr)
5411 {
5412         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5413
5414         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5415                 free_the_page(page, compound_order(page));
5416 }
5417 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5418
5419 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5420                 size_t size)
5421 {
5422         if (addr) {
5423                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5424                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5425
5426                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5427                 while (used < alloc_end) {
5428                         free_page(used);
5429                         used += PAGE_SIZE;
5430                 }
5431         }
5432         return (void *)addr;
5433 }
5434
5435 /**
5436  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5437  * @size: the number of bytes to allocate
5438  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5439  *
5440  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5441  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5442  * allocate memory in power-of-two pages.
5443  *
5444  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5445  *
5446  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5447  *
5448  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5449  */
5450 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5451 {
5452         unsigned int order = get_order(size);
5453         unsigned long addr;
5454
5455         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5456                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5457
5458         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5459         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5460 }
5461 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5462
5463 /**
5464  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5465  *                         pages on a node.
5466  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5467  * @size: the number of bytes to allocate
5468  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5469  *
5470  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5471  * back.
5472  *
5473  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5474  */
5475 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5476 {
5477         unsigned int order = get_order(size);
5478         struct page *p;
5479
5480         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5481                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5482
5483         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5484         if (!p)
5485                 return NULL;
5486         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5487 }
5488
5489 /**
5490  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5491  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5492  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5493  *
5494  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5495  */
5496 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5497 {
5498         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5499         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5500
5501         while (addr < end) {
5502                 free_page(addr);
5503                 addr += PAGE_SIZE;
5504         }
5505 }
5506 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5507
5508 /**
5509  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5510  * @offset: The zone index of the highest zone
5511  *
5512  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5513  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5514  * zone, the number of pages is calculated as:
5515  *
5516  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5517  *
5518  * Return: number of pages beyond high watermark.
5519  */
5520 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5521 {
5522         struct zoneref *z;
5523         struct zone *zone;
5524
5525         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5526         unsigned long sum = 0;
5527
5528         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5529
5530         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5531                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5532                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5533                 if (size > high)
5534                         sum += size - high;
5535         }
5536
5537         return sum;
5538 }
5539
5540 /**
5541  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5542  *
5543  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5544  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5545  *
5546  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5547  * ZONE_NORMAL.
5548  */
5549 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5550 {
5551         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5552 }
5553 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5554
5555 static inline void show_node(struct zone *zone)
5556 {
5557         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5558                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5559 }
5560
5561 long si_mem_available(void)
5562 {
5563         long available;
5564         unsigned long pagecache;
5565         unsigned long wmark_low = 0;
5566         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5567         unsigned long reclaimable;
5568         struct zone *zone;
5569         int lru;
5570
5571         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5572                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5573
5574         for_each_zone(zone)
5575                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5576
5577         /*
5578          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5579          * without causing swapping.
5580          */
5581         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5582
5583         /*
5584          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5585          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5586          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5587          */
5588         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5589         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5590         available += pagecache;
5591
5592         /*
5593          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5594          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5595          * low watermark.
5596          */
5597         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5598                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5599         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5600
5601         if (available < 0)
5602                 available = 0;
5603         return available;
5604 }
5605 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5606
5607 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5608 {
5609         val->totalram = totalram_pages();
5610         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5611         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5612         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5613         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5614         val->freehigh = nr_free_highpages();
5615         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5616 }
5617
5618 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5619
5620 #ifdef CONFIG_NUMA
5621 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5622 {
5623         int zone_type;          /* needs to be signed */
5624         unsigned long managed_pages = 0;
5625         unsigned long managed_highpages = 0;
5626         unsigned long free_highpages = 0;
5627         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5628
5629         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5630                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5631         val->totalram = managed_pages;
5632         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5633         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5634 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5635         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5636                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5637
5638                 if (is_highmem(zone)) {
5639                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5640                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5641                 }
5642         }
5643         val->totalhigh = managed_highpages;
5644         val->freehigh = free_highpages;
5645 #else
5646         val->totalhigh = managed_highpages;
5647         val->freehigh = free_highpages;
5648 #endif
5649         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5650 }
5651 #endif
5652
5653 /*
5654  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5655  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5656  */
5657 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5658 {
5659         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5660                 return false;
5661
5662         /*
5663          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5664          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5665          * have to be precise here.
5666          */
5667         if (!nodemask)
5668                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5669
5670         return !node_isset(nid, *nodemask);
5671 }
5672
5673 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5674
5675 static void show_migration_types(unsigned char type)
5676 {
5677         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5678                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5679                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5680                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5681                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5682 #ifdef CONFIG_CMA
5683                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5684 #endif
5685 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5686                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5687 #endif
5688         };
5689         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5690         char *p = tmp;
5691         int i;
5692
5693         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5694                 if (type & (1 << i))
5695                         *p++ = types[i];
5696         }
5697
5698         *p = '\0';
5699         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5700 }
5701
5702 /*
5703  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5704  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5705  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5706  *
5707  * Bits in @filter:
5708  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5709  *   cpuset.
5710  */
5711 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5712 {
5713         unsigned long free_pcp = 0;
5714         int cpu;
5715         struct zone *zone;
5716         pg_data_t *pgdat;
5717
5718         for_each_populated_zone(zone) {
5719                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5720                         continue;
5721
5722                 for_each_online_cpu(cpu)
5723                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5724         }
5725
5726         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5727                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5728                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5729                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5730                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5731                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5732                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5733                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5734                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5735                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5736                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5737                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5738                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5739                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5740                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5741                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5742                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5743                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5744                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5745                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5746                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5747                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5748                 free_pcp,
5749                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5750
5751         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5752                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5753                         continue;
5754
5755                 printk("Node %d"
5756                         " active_anon:%lukB"
5757                         " inactive_anon:%lukB"
5758                         " active_file:%lukB"
5759                         " inactive_file:%lukB"
5760                         " unevictable:%lukB"
5761                         " isolated(anon):%lukB"
5762                         " isolated(file):%lukB"
5763                         " mapped:%lukB"
5764                         " dirty:%lukB"
5765                         " writeback:%lukB"
5766                         " shmem:%lukB"
5767 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5768                         " shmem_thp: %lukB"
5769                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5770                         " anon_thp: %lukB"
5771 #endif
5772                         " writeback_tmp:%lukB"
5773                         " kernel_stack:%lukB"
5774 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5775                         " shadow_call_stack:%lukB"
5776 #endif
5777                         " pagetables:%lukB"
5778                         " all_unreclaimable? %s"
5779                         "\n",
5780                         pgdat->node_id,
5781                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5782                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5783                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5784                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5785                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5786                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5787                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5788                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5789                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5790                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5791                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5792 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5793                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
5794                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
5795                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
5796 #endif
5797                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5798                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5799 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5800                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5801 #endif
5802                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
5803                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5804                                 "yes" : "no");
5805         }
5806
5807         for_each_populated_zone(zone) {
5808                 int i;
5809
5810                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5811                         continue;
5812
5813                 free_pcp = 0;
5814                 for_each_online_cpu(cpu)
5815                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5816
5817                 show_node(zone);
5818                 printk(KERN_CONT
5819                         "%s"
5820                         " free:%lukB"
5821                         " min:%lukB"
5822                         " low:%lukB"
5823                         " high:%lukB"
5824                         " reserved_highatomic:%luKB"
5825                         " active_anon:%lukB"
5826                         " inactive_anon:%lukB"
5827                         " active_file:%lukB"
5828                         " inactive_file:%lukB"
5829                         " unevictable:%lukB"
5830                         " writepending:%lukB"
5831                         " present:%lukB"
5832                         " managed:%lukB"
5833                         " mlocked:%lukB"
5834                         " bounce:%lukB"
5835                         " free_pcp:%lukB"
5836                         " local_pcp:%ukB"
5837                         " free_cma:%lukB"
5838                         "\n",
5839                         zone->name,
5840                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5841                         K(min_wmark_pages(zone)),
5842                         K(low_wmark_pages(zone)),
5843                         K(high_wmark_pages(zone)),
5844                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5845                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5846                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5847                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5848                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5849                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5850                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5851                         K(zone->present_pages),
5852                         K(zone_managed_pages(zone)),
5853                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5854                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5855                         K(free_pcp),
5856                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5857                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5858                 printk("lowmem_reserve[]:");
5859                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5860                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5861                 printk(KERN_CONT "\n");
5862         }
5863
5864         for_each_populated_zone(zone) {
5865                 unsigned int order;
5866                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5867                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5868
5869                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5870                         continue;
5871                 show_node(zone);
5872                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5873
5874                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5875                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5876                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5877                         int type;
5878
5879                         nr[order] = area->nr_free;
5880                         total += nr[order] << order;
5881
5882                         types[order] = 0;
5883                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5884                                 if (!free_area_empty(area, type))
5885                                         types[order] |= 1 << type;
5886                         }
5887                 }
5888                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5889                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5890                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5891                                nr[order], K(1UL) << order);
5892                         if (nr[order])
5893                                 show_migration_types(types[order]);
5894                 }
5895                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5896         }
5897
5898         hugetlb_show_meminfo();
5899
5900         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5901
5902         show_swap_cache_info();
5903 }
5904
5905 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5906 {
5907         zoneref->zone = zone;
5908         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5909 }
5910
5911 /*
5912  * Builds allocation fallback zone lists.
5913  *
5914  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5915  */
5916 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5917 {
5918         struct zone *zone;
5919         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5920         int nr_zones = 0;
5921
5922         do {
5923                 zone_type--;
5924                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5925                 if (managed_zone(zone)) {
5926                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5927                         check_highest_zone(zone_type);
5928                 }
5929         } while (zone_type);
5930
5931         return nr_zones;
5932 }
5933
5934 #ifdef CONFIG_NUMA
5935
5936 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5937 {
5938         /*
5939          * We used to support different zonelists modes but they turned
5940          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5941          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5942          * not fail it silently
5943          */
5944         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5945                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5946                 return -EINVAL;
5947         }
5948         return 0;
5949 }
5950
5951 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5952
5953 /*
5954  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5955  */
5956 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5957                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5958 {
5959         if (write)
5960                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5961         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5962 }
5963
5964
5965 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5966 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5967
5968 /**
5969  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5970  * @node: node whose fallback list we're appending
5971  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5972  *
5973  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5974  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5975  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5976  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5977  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5978  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5979  * on them otherwise.
5980  *
5981  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5982  */
5983 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5984 {
5985         int n, val;
5986         int min_val = INT_MAX;
5987         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5988
5989         /* Use the local node if we haven't already */
5990         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5991                 node_set(node, *used_node_mask);
5992                 return node;
5993         }
5994
5995         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5996
5997                 /* Don't want a node to appear more than once */
5998                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5999                         continue;
6000
6001                 /* Use the distance array to find the distance */
6002                 val = node_distance(node, n);
6003
6004                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6005                 val += (n < node);
6006
6007                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6008                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6009                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6010
6011                 /* Slight preference for less loaded node */
6012                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
6013                 val += node_load[n];
6014
6015                 if (val < min_val) {
6016                         min_val = val;
6017                         best_node = n;
6018                 }
6019         }
6020
6021         if (best_node >= 0)
6022                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6023
6024         return best_node;
6025 }
6026
6027
6028 /*
6029  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6030  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6031  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6032  */
6033 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6034                 unsigned nr_nodes)
6035 {
6036         struct zoneref *zonerefs;
6037         int i;
6038
6039         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6040
6041         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6042                 int nr_zones;
6043
6044                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6045
6046                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6047                 zonerefs += nr_zones;
6048         }
6049         zonerefs->zone = NULL;
6050         zonerefs->zone_idx = 0;
6051 }
6052
6053 /*
6054  * Build gfp_thisnode zonelists
6055  */
6056 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6057 {
6058         struct zoneref *zonerefs;
6059         int nr_zones;
6060
6061         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6062         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6063         zonerefs += nr_zones;
6064         zonerefs->zone = NULL;
6065         zonerefs->zone_idx = 0;
6066 }
6067
6068 /*
6069  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6070  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6071  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6072  * may still exist in local DMA zone.
6073  */
6074
6075 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6076 {
6077         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6078         int node, load, nr_nodes = 0;
6079         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6080         int local_node, prev_node;
6081
6082         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6083         local_node = pgdat->node_id;
6084         load = nr_online_nodes;
6085         prev_node = local_node;
6086
6087         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6088         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6089                 /*
6090                  * We don't want to pressure a particular node.
6091                  * So adding penalty to the first node in same
6092                  * distance group to make it round-robin.
6093                  */
6094                 if (node_distance(local_node, node) !=
6095                     node_distance(local_node, prev_node))
6096                         node_load[node] = load;
6097
6098                 node_order[nr_nodes++] = node;
6099                 prev_node = node;
6100                 load--;
6101         }
6102
6103         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6104         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6105 }
6106
6107 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6108 /*
6109  * Return node id of node used for "local" allocations.
6110  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6111  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6112  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6113  */
6114 int local_memory_node(int node)
6115 {
6116         struct zoneref *z;
6117
6118         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6119                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6120                                    NULL);
6121         return zone_to_nid(z->zone);
6122 }
6123 #endif
6124
6125 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6126 static void setup_min_slab_ratio(void);
6127 #else   /* CONFIG_NUMA */
6128
6129 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6130 {
6131         int node, local_node;
6132         struct zoneref *zonerefs;
6133         int nr_zones;
6134
6135         local_node = pgdat->node_id;
6136
6137         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6138         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6139         zonerefs += nr_zones;
6140
6141         /*
6142          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6143          * of all the other nodes.
6144          * We don't want to pressure a particular node, so when
6145          * building the zones for node N, we make sure that the
6146          * zones coming right after the local ones are those from
6147          * node N+1 (modulo N)
6148          */
6149         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6150                 if (!node_online(node))
6151                         continue;
6152                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6153                 zonerefs += nr_zones;
6154         }
6155         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6156                 if (!node_online(node))
6157                         continue;
6158                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6159                 zonerefs += nr_zones;
6160         }
6161
6162         zonerefs->zone = NULL;
6163         zonerefs->zone_idx = 0;
6164 }
6165
6166 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6167
6168 /*
6169  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6170  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6171  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6172  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6173  * with interrupts disabled.
6174  *
6175  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6176  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6177  * hotplugged processors.
6178  *
6179  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6180  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6181  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6182  */
6183 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p);
6184 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6185 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6186 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6187 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
6188 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6189
6190 static void __build_all_zonelists(void *data)
6191 {
6192         int nid;
6193         int __maybe_unused cpu;
6194         pg_data_t *self = data;
6195         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6196
6197         spin_lock(&lock);
6198
6199 #ifdef CONFIG_NUMA
6200         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6201 #endif
6202
6203         /*
6204          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6205          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6206          */
6207         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6208                 build_zonelists(self);
6209         } else {
6210                 for_each_online_node(nid) {
6211                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6212
6213                         build_zonelists(pgdat);
6214                 }
6215
6216 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6217                 /*
6218                  * We now know the "local memory node" for each node--
6219                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6220                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6221                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6222                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6223                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6224                  */
6225                 for_each_online_cpu(cpu)
6226                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6227 #endif
6228         }
6229
6230         spin_unlock(&lock);
6231 }
6232
6233 static noinline void __init
6234 build_all_zonelists_init(void)
6235 {
6236         int cpu;
6237
6238         __build_all_zonelists(NULL);
6239
6240         /*
6241          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6242          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6243          * each zone will be allocated later when the per cpu
6244          * allocator is available.
6245          *
6246          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6247          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6248          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6249          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6250          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6251          * (a chicken-egg dilemma).
6252          */
6253         for_each_possible_cpu(cpu)
6254                 pageset_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu));
6255
6256         mminit_verify_zonelist();
6257         cpuset_init_current_mems_allowed();
6258 }
6259
6260 /*
6261  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6262  *
6263  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6264  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6265  */
6266 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6267 {
6268         unsigned long vm_total_pages;
6269
6270         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6271                 build_all_zonelists_init();
6272         } else {
6273                 __build_all_zonelists(pgdat);
6274                 /* cpuset refresh routine should be here */
6275         }
6276         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6277         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6278         /*
6279          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6280          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6281          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6282          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6283          * disabled and enable it later
6284          */
6285         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6286                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6287         else
6288                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6289
6290         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6291                 nr_online_nodes,
6292                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6293                 vm_total_pages);
6294 #ifdef CONFIG_NUMA
6295         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6296 #endif
6297 }
6298
6299 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6300 static bool __meminit
6301 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6302 {
6303         static struct memblock_region *r;
6304
6305         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6306                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6307                         for_each_mem_region(r) {
6308                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6309                                         break;
6310                         }
6311                 }
6312                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6313                     memblock_is_mirror(r)) {
6314                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6315                         return true;
6316                 }
6317         }
6318         return false;
6319 }
6320
6321 /*
6322  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6323  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6324  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6325  *
6326  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6327  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6328  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6329  */
6330 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6331                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6332                 enum meminit_context context,
6333                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6334 {
6335         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6336         struct page *page;
6337
6338         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6339                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6340
6341 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6342         /*
6343          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6344          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6345          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6346          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6347          * the hotplug lock.
6348          */
6349         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6350                 if (!altmap)
6351                         return;
6352
6353                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6354                         start_pfn += altmap->reserve;
6355                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6356         }
6357 #endif
6358
6359         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6360                 /*
6361                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6362                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6363                  */
6364                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6365                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6366                                 continue;
6367                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6368                                 break;
6369                 }
6370
6371                 page = pfn_to_page(pfn);
6372                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6373                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6374                         __SetPageReserved(page);
6375
6376                 /*
6377                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6378                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6379                  * over the place during system boot.
6380                  */
6381                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6382                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6383                         cond_resched();
6384                 }
6385                 pfn++;
6386         }
6387 }
6388
6389 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6390 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6391                                    unsigned long start_pfn,
6392                                    unsigned long nr_pages,
6393                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6394 {
6395         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6396         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6397         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6398         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6399         unsigned long start = jiffies;
6400         int nid = pgdat->node_id;
6401
6402         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6403                 return;
6404
6405         /*
6406          * The call to memmap_init should have already taken care
6407          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6408          * the end of that region and start processing the device pages.
6409          */
6410         if (altmap) {
6411                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6412                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6413         }
6414
6415         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6416                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6417
6418                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6419
6420                 /*
6421                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6422                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6423                  *
6424                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6425                  * the flag as we are still initializing the pages.
6426                  */
6427                 __SetPageReserved(page);
6428
6429                 /*
6430                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6431                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6432                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6433                  */
6434                 page->pgmap = pgmap;
6435                 page->zone_device_data = NULL;
6436
6437                 /*
6438                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6439                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6440                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6441                  * the address space during boot when many long-lived
6442                  * kernel allocations are made.
6443                  *
6444                  * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6445                  * because this is done early in section_activate()
6446                  */
6447                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6448                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6449                         cond_resched();
6450                 }
6451         }
6452
6453         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6454                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6455 }
6456
6457 #endif
6458 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6459 {
6460         unsigned int order, t;
6461         for_each_migratetype_order(order, t) {
6462                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6463                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6464         }
6465 }
6466
6467 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6468 /*
6469  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6470  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6471  * memmap_init_zone_range().
6472  *
6473  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6474  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6475  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6476  *   arbitrary section size
6477  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6478  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6479  *   nicely with memmap sections
6480  *
6481  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6482  * - PG_Reserved is set
6483  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6484  *   hole is in the middle of a zone
6485  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6486  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6487  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6488  *   section that will be appended to the zone/node below.
6489  */
6490 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6491                                           unsigned long epfn,
6492                                           int zone, int node)
6493 {
6494         unsigned long pfn;
6495         u64 pgcnt = 0;
6496
6497         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6498                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6499                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6500                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6501                         continue;
6502                 }
6503                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6504                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6505                 pgcnt++;
6506         }
6507
6508         if (pgcnt)
6509                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6510                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6511 }
6512 #else
6513 static inline void init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6514                                           unsigned long epfn,
6515                                           int zone, int node)
6516 {
6517 }
6518 #endif
6519
6520 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6521                                           unsigned long start_pfn,
6522                                           unsigned long end_pfn,
6523                                           unsigned long *hole_pfn)
6524 {
6525         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6526         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6527         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6528
6529         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6530         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6531
6532         if (start_pfn >= end_pfn)
6533                 return;
6534
6535         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6536                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6537
6538         if (*hole_pfn < start_pfn)
6539                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6540
6541         *hole_pfn = end_pfn;
6542 }
6543
6544 static void __init memmap_init(void)
6545 {
6546         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6547         unsigned long hole_pfn = 0;
6548         int i, j, zone_id, nid;
6549
6550         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6551                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6552
6553                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6554                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6555
6556                         if (!populated_zone(zone))
6557                                 continue;
6558
6559                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6560                                                &hole_pfn);
6561                         zone_id = j;
6562                 }
6563         }
6564
6565 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6566         /*
6567          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6568          * section_end].
6569          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6570          * node.
6571          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6572          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6573          * for FLATMEM it is a nop anyway
6574          */
6575         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6576         if (hole_pfn < end_pfn)
6577 #endif
6578                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
6579 }
6580
6581 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6582 {
6583 #ifdef CONFIG_MMU
6584         int batch;
6585
6586         /*
6587          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6588          * size of the zone.
6589          */
6590         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6591         /* But no more than a meg. */
6592         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6593                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6594         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6595         if (batch < 1)
6596                 batch = 1;
6597
6598         /*
6599          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6600          * of 2 value was found to be more likely to have
6601          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6602          *
6603          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6604          * batches of pages, one task can end up with a lot
6605          * of pages of one half of the possible page colors
6606          * and the other with pages of the other colors.
6607          */
6608         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6609
6610         return batch;
6611
6612 #else
6613         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6614          * conditions.
6615          *
6616          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6617          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6618          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6619          *
6620          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6621          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6622          * can be a significant delay between the individual batches being
6623          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6624          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6625          */
6626         return 0;
6627 #endif
6628 }
6629
6630 /*
6631  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6632  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6633  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6634  *
6635  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6636  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6637  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6638  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6639  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6640  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6641  *
6642  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6643  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6644  * exist).
6645  */
6646 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6647                 unsigned long batch)
6648 {
6649         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6650         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6651 }
6652
6653 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6654 {
6655         struct per_cpu_pages *pcp;
6656         int migratetype;
6657
6658         memset(p, 0, sizeof(*p));
6659
6660         pcp = &p->pcp;
6661         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6662                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6663
6664         /*
6665          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6666          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6667          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6668          * pageset yet.
6669          */
6670         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6671         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6672 }
6673
6674 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6675                 unsigned long batch)
6676 {
6677         struct per_cpu_pageset *p;
6678         int cpu;
6679
6680         for_each_possible_cpu(cpu) {
6681                 p = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6682                 pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6683         }
6684 }
6685
6686 /*
6687  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6688  * zone, based on the zone's size and the percpu_pagelist_fraction sysctl.
6689  */
6690 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone)
6691 {
6692         unsigned long new_high, new_batch;
6693
6694         if (percpu_pagelist_fraction) {
6695                 new_high = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_fraction;
6696                 new_batch = max(1UL, new_high / 4);
6697                 if ((new_high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6698                         new_batch = PAGE_SHIFT * 8;
6699         } else {
6700                 new_batch = zone_batchsize(zone);
6701                 new_high = 6 * new_batch;
6702                 new_batch = max(1UL, 1 * new_batch);
6703         }
6704
6705         if (zone->pageset_high == new_high &&
6706             zone->pageset_batch == new_batch)
6707                 return;
6708
6709         zone->pageset_high = new_high;
6710         zone->pageset_batch = new_batch;
6711
6712         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
6713 }
6714
6715 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6716 {
6717         struct per_cpu_pageset *p;
6718         int cpu;
6719
6720         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6721         for_each_possible_cpu(cpu) {
6722                 p = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6723                 pageset_init(p);
6724         }
6725
6726         zone_set_pageset_high_and_batch(zone);
6727 }
6728
6729 /*
6730  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6731  * Before this call only boot pagesets were available.
6732  */
6733 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6734 {
6735         struct pglist_data *pgdat;
6736         struct zone *zone;
6737         int __maybe_unused cpu;
6738
6739         for_each_populated_zone(zone)
6740                 setup_zone_pageset(zone);
6741
6742 #ifdef CONFIG_NUMA
6743         /*
6744          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6745          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6746          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6747          * the nodes these zones are associated with.
6748          */
6749         for_each_possible_cpu(cpu) {
6750                 struct per_cpu_pageset *pcp = &per_cpu(boot_pageset, cpu);
6751                 memset(pcp->vm_numa_stat_diff, 0,
6752                        sizeof(pcp->vm_numa_stat_diff));
6753         }
6754 #endif
6755
6756         for_each_online_pgdat(pgdat)
6757                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6758                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6759 }
6760
6761 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6762 {
6763         /*
6764          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6765          * relies on the ability of the linker to provide the
6766          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6767          */
6768         zone->pageset = &boot_pageset;
6769         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6770         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6771
6772         if (populated_zone(zone))
6773                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6774                         zone->name, zone->present_pages,
6775                                          zone_batchsize(zone));
6776 }
6777
6778 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6779                                         unsigned long zone_start_pfn,
6780                                         unsigned long size)
6781 {
6782         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6783         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6784
6785         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6786                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6787
6788         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6789
6790         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6791                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6792                         pgdat->node_id,
6793                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6794                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6795
6796         zone_init_free_lists(zone);
6797         zone->initialized = 1;
6798 }
6799
6800 /**
6801  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6802  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6803  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6804  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6805  *
6806  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6807  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6808  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6809  * PFNs will be 0.
6810  */
6811 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6812                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6813 {
6814         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6815         int i;
6816
6817         *start_pfn = -1UL;
6818         *end_pfn = 0;
6819
6820         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6821                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6822                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6823         }
6824
6825         if (*start_pfn == -1UL)
6826                 *start_pfn = 0;
6827 }
6828
6829 /*
6830  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6831  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6832  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6833  */
6834 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6835 {
6836         int zone_index;
6837         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6838                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6839                         continue;
6840
6841                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6842                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6843                         break;
6844         }
6845
6846         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6847         movable_zone = zone_index;
6848 }
6849
6850 /*
6851  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6852  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6853  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6854  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6855  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6856  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6857  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6858  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6859  */
6860 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6861                                         unsigned long zone_type,
6862                                         unsigned long node_start_pfn,
6863                                         unsigned long node_end_pfn,
6864                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6865                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6866 {
6867         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6868         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6869                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6870                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6871                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6872                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6873                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6874
6875                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6876                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6877                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6878                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6879                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6880
6881                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6882                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6883                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6884         }
6885 }
6886
6887 /*
6888  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6889  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6890  */
6891 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6892                                         unsigned long zone_type,
6893                                         unsigned long node_start_pfn,
6894                                         unsigned long node_end_pfn,
6895                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6896                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6897 {
6898         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6899         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6900         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6901         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6902                 return 0;
6903
6904         /* Get the start and end of the zone */
6905         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6906         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6907         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6908                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6909                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6910
6911         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6912         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6913                 return 0;
6914
6915         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6916         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6917         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6918
6919         /* Return the spanned pages */
6920         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6921 }
6922
6923 /*
6924  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6925  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6926  */
6927 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6928                                 unsigned long range_start_pfn,
6929                                 unsigned long range_end_pfn)
6930 {
6931         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6932         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6933         int i;
6934
6935         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6936                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6937                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6938                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6939         }
6940         return nr_absent;
6941 }
6942
6943 /**
6944  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6945  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6946  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6947  *
6948  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6949  */
6950 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6951                                                         unsigned long end_pfn)
6952 {
6953         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6954 }
6955
6956 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6957 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6958                                         unsigned long zone_type,
6959                                         unsigned long node_start_pfn,
6960                                         unsigned long node_end_pfn)
6961 {
6962         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6963         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6964         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6965         unsigned long nr_absent;
6966
6967         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6968         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6969                 return 0;
6970
6971         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6972         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6973
6974         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6975                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6976                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6977         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6978
6979         /*
6980          * ZONE_MOVABLE handling.
6981          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6982          * and vice versa.
6983          */
6984         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6985                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6986                 struct memblock_region *r;
6987
6988                 for_each_mem_region(r) {
6989                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6990                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6991                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6992                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6993
6994                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6995                             memblock_is_mirror(r))
6996                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6997
6998                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6999                             !memblock_is_mirror(r))
7000                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7001                 }
7002         }
7003
7004         return nr_absent;
7005 }
7006
7007 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7008                                                 unsigned long node_start_pfn,
7009                                                 unsigned long node_end_pfn)
7010 {
7011         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7012         enum zone_type i;
7013
7014         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7015                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7016                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7017                 unsigned long spanned, absent;
7018                 unsigned long size, real_size;
7019
7020                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7021                                                      node_start_pfn,
7022                                                      node_end_pfn,
7023                                                      &zone_start_pfn,
7024                                                      &zone_end_pfn);
7025                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7026                                                    node_start_pfn,
7027                                                    node_end_pfn);
7028
7029                 size = spanned;
7030                 real_size = size - absent;
7031
7032                 if (size)
7033                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7034                 else
7035                         zone->zone_start_pfn = 0;
7036                 zone->spanned_pages = size;
7037                 zone->present_pages = real_size;
7038
7039                 totalpages += size;
7040                 realtotalpages += real_size;
7041         }
7042
7043         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7044         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7045         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
7046                                                         realtotalpages);
7047 }
7048
7049 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7050 /*
7051  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7052  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7053  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7054  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7055  * bytes.
7056  */
7057 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7058 {
7059         unsigned long usemapsize;
7060
7061         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7062         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7063         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7064         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7065         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7066
7067         return usemapsize / 8;
7068 }
7069
7070 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7071 {
7072         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7073                                                zone->spanned_pages);
7074         zone->pageblock_flags = NULL;
7075         if (usemapsize) {
7076                 zone->pageblock_flags =
7077                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7078                                             zone_to_nid(zone));
7079                 if (!zone->pageblock_flags)
7080                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7081                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7082         }
7083 }
7084 #else
7085 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7086 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7087
7088 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7089
7090 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7091 void __init set_pageblock_order(void)
7092 {
7093         unsigned int order;
7094
7095         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7096         if (pageblock_order)
7097                 return;
7098
7099         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
7100                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7101         else
7102                 order = MAX_ORDER - 1;
7103
7104         /*
7105          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7106          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7107          * powerpc.
7108          */
7109         pageblock_order = order;
7110 }
7111 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7112
7113 /*
7114  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7115  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7116  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7117  * the kernel config
7118  */
7119 void __init set_pageblock_order(void)
7120 {
7121 }
7122
7123 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7124
7125 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7126                                                 unsigned long present_pages)
7127 {
7128         unsigned long pages = spanned_pages;
7129
7130         /*
7131          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7132          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7133          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7134          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7135          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7136          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7137          */
7138         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7139             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7140                 pages = present_pages;
7141
7142         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7143 }
7144
7145 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7146 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7147 {
7148         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7149
7150         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7151         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7152         ds_queue->split_queue_len = 0;
7153 }
7154 #else
7155 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7156 #endif
7157
7158 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7159 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7160 {
7161         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7162 }
7163 #else
7164 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7165 #endif
7166
7167 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7168 {
7169         pgdat_resize_init(pgdat);
7170
7171         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7172         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7173
7174         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7175         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7176
7177         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7178         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7179 }
7180
7181 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7182                                                         unsigned long remaining_pages)
7183 {
7184         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7185         zone_set_nid(zone, nid);
7186         zone->name = zone_names[idx];
7187         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7188         spin_lock_init(&zone->lock);
7189         zone_seqlock_init(zone);
7190         zone_pcp_init(zone);
7191 }
7192
7193 /*
7194  * Set up the zone data structures
7195  * - init pgdat internals
7196  * - init all zones belonging to this node
7197  *
7198  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7199  */
7200 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7201 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
7202 {
7203         enum zone_type z;
7204         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7205
7206         pgdat_init_internals(pgdat);
7207         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7208                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7209 }
7210 #endif
7211
7212 /*
7213  * Set up the zone data structures:
7214  *   - mark all pages reserved
7215  *   - mark all memory queues empty
7216  *   - clear the memory bitmaps
7217  *
7218  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7219  * NOTE: this function is only called during early init.
7220  */
7221 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7222 {
7223         enum zone_type j;
7224         int nid = pgdat->node_id;
7225
7226         pgdat_init_internals(pgdat);
7227         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7228
7229         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7230                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7231                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7232
7233                 size = zone->spanned_pages;
7234                 freesize = zone->present_pages;
7235
7236                 /*
7237                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7238                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7239                  * and per-cpu initialisations
7240                  */
7241                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7242                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7243                         if (freesize >= memmap_pages) {
7244                                 freesize -= memmap_pages;
7245                                 if (memmap_pages)
7246                                         printk(KERN_DEBUG
7247                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7248                                                zone_names[j], memmap_pages);
7249                         } else
7250                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
7251                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7252                 }
7253
7254                 /* Account for reserved pages */
7255                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7256                         freesize -= dma_reserve;
7257                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
7258                                         zone_names[0], dma_reserve);
7259                 }
7260
7261                 if (!is_highmem_idx(j))
7262                         nr_kernel_pages += freesize;
7263                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7264                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7265                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7266                 nr_all_pages += freesize;
7267
7268                 /*
7269                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7270                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7271                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7272                  */
7273                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7274
7275                 if (!size)
7276                         continue;
7277
7278                 set_pageblock_order();
7279                 setup_usemap(zone);
7280                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7281         }
7282 }
7283
7284 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
7285 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7286 {
7287         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7288         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7289
7290         /* Skip empty nodes */
7291         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7292                 return;
7293
7294         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7295         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7296         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7297         if (!pgdat->node_mem_map) {
7298                 unsigned long size, end;
7299                 struct page *map;
7300
7301                 /*
7302                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7303                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7304                  * for the buddy allocator to function correctly.
7305                  */
7306                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7307                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7308                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7309                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
7310                                           pgdat->node_id);
7311                 if (!map)
7312                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7313                               size, pgdat->node_id);
7314                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7315         }
7316         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7317                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7318                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7319 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
7320         /*
7321          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7322          */
7323         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7324                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7325                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7326                         mem_map -= offset;
7327         }
7328 #endif
7329 }
7330 #else
7331 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7332 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7333
7334 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7335 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7336 {
7337         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7338 }
7339 #else
7340 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7341 #endif
7342
7343 static void __init free_area_init_node(int nid)
7344 {
7345         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7346         unsigned long start_pfn = 0;
7347         unsigned long end_pfn = 0;
7348
7349         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7350         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7351
7352         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7353
7354         pgdat->node_id = nid;
7355         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7356         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7357
7358         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7359                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7360                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7361         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7362
7363         alloc_node_mem_map(pgdat);
7364         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7365
7366         free_area_init_core(pgdat);
7367 }
7368
7369 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7370 {
7371         free_area_init_node(nid);
7372 }
7373
7374 #if MAX_NUMNODES > 1
7375 /*
7376  * Figure out the number of possible node ids.
7377  */
7378 void __init setup_nr_node_ids(void)
7379 {
7380         unsigned int highest;
7381
7382         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7383         nr_node_ids = highest + 1;
7384 }
7385 #endif
7386
7387 /**
7388  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7389  *
7390  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7391  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7392  * all the nodes.
7393  *
7394  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7395  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7396  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7397  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7398  *
7399  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7400  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7401  * populated node map.
7402  *
7403  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7404  * requirement (single node).
7405  */
7406 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7407 {
7408         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7409         unsigned long start, end, mask;
7410         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7411         int i, nid;
7412
7413         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7414                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7415                         last_nid = nid;
7416                         last_end = end;
7417                         continue;
7418                 }
7419
7420                 /*
7421                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7422                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7423                  * too coarse to separate the current node from the last.
7424                  */
7425                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7426                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7427                         mask <<= 1;
7428
7429                 /* accumulate all internode masks */
7430                 accl_mask |= mask;
7431         }
7432
7433         /* convert mask to number of pages */
7434         return ~accl_mask + 1;
7435 }
7436
7437 /**
7438  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7439  *
7440  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7441  * memblock_set_node().
7442  */
7443 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7444 {
7445         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7446 }
7447
7448 /*
7449  * early_calculate_totalpages()
7450  * Sum pages in active regions for movable zone.
7451  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7452  */
7453 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7454 {
7455         unsigned long totalpages = 0;
7456         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7457         int i, nid;
7458
7459         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7460                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7461
7462                 totalpages += pages;
7463                 if (pages)
7464                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7465         }
7466         return totalpages;
7467 }
7468
7469 /*
7470  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7471  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7472  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7473  * others
7474  */
7475 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7476 {
7477         int i, nid;
7478         unsigned long usable_startpfn;
7479         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7480         /* save the state before borrow the nodemask */
7481         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7482         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7483         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7484         struct memblock_region *r;
7485
7486         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7487         find_usable_zone_for_movable();
7488
7489         /*
7490          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7491          * options.
7492          */
7493         if (movable_node_is_enabled()) {
7494                 for_each_mem_region(r) {
7495                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7496                                 continue;
7497
7498                         nid = memblock_get_region_node(r);
7499
7500                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7501                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7502                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7503                                 usable_startpfn;
7504                 }
7505
7506                 goto out2;
7507         }
7508
7509         /*
7510          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7511          */
7512         if (mirrored_kernelcore) {
7513                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7514
7515                 for_each_mem_region(r) {
7516                         if (memblock_is_mirror(r))
7517                                 continue;
7518
7519                         nid = memblock_get_region_node(r);
7520
7521                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7522
7523                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7524                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7525                                 continue;
7526                         }
7527
7528                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7529                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7530                                 usable_startpfn;
7531                 }
7532
7533                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7534                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7535
7536                 goto out2;
7537         }
7538
7539         /*
7540          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7541          * amount of necessary memory.
7542          */
7543         if (required_kernelcore_percent)
7544                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7545                                        10000UL;
7546         if (required_movablecore_percent)
7547                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7548                                         10000UL;
7549
7550         /*
7551          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7552          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7553          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7554          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7555          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7556          * what movablecore would have allowed.
7557          */
7558         if (required_movablecore) {
7559                 unsigned long corepages;
7560
7561                 /*
7562                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7563                  * was requested by the user
7564                  */
7565                 required_movablecore =
7566                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7567                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7568                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7569
7570                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7571         }
7572
7573         /*
7574          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7575          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7576          */
7577         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7578                 goto out;
7579
7580         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7581         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7582
7583 restart:
7584         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7585         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7586         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7587                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7588
7589                 /*
7590                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7591                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7592                  * amount of memory for the kernel
7593                  */
7594                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7595                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7596
7597                 /*
7598                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7599                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7600                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7601                  */
7602                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7603
7604                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7605                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7606                         unsigned long size_pages;
7607
7608                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7609                         if (start_pfn >= end_pfn)
7610                                 continue;
7611
7612                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7613                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7614                                 unsigned long kernel_pages;
7615                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7616                                                                 - start_pfn;
7617
7618                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7619                                                         kernelcore_remaining);
7620                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7621                                                         required_kernelcore);
7622
7623                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7624                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7625
7626                                         /*
7627                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7628                                          * that if we have to rebalance
7629                                          * kernelcore across nodes, we will
7630                                          * not double account here
7631                                          */
7632                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7633                                         continue;
7634                                 }
7635                                 start_pfn = usable_startpfn;
7636                         }
7637
7638                         /*
7639                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7640                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7641                          * number of pages used as kernelcore
7642                          */
7643                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7644                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7645                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7646                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7647
7648                         /*
7649                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7650                          * break if the kernelcore for this node has been
7651                          * satisfied
7652                          */
7653                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7654                                                                 size_pages);
7655                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7656                         if (!kernelcore_remaining)
7657                                 break;
7658                 }
7659         }
7660
7661         /*
7662          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7663          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7664          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7665          * satisfied
7666          */
7667         usable_nodes--;
7668         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7669                 goto restart;
7670
7671 out2:
7672         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7673         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7674                 zone_movable_pfn[nid] =
7675                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7676
7677 out:
7678         /* restore the node_state */
7679         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7680 }
7681
7682 /* Any regular or high memory on that node ? */
7683 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7684 {
7685         enum zone_type zone_type;
7686
7687         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7688                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7689                 if (populated_zone(zone)) {
7690                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7691                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7692                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7693                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7694                         break;
7695                 }
7696         }
7697 }
7698
7699 /*
7700  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7701  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7702  */
7703 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7704 {
7705         return false;
7706 }
7707
7708 /**
7709  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7710  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7711  *
7712  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7713  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7714  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7715  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7716  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7717  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7718  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7719  * at arch_max_dma_pfn.
7720  */
7721 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7722 {
7723         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7724         int i, nid, zone;
7725         bool descending;
7726
7727         /* Record where the zone boundaries are */
7728         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7729                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7730         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7731                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7732
7733         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7734         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7735
7736         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7737                 if (descending)
7738                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7739                 else
7740                         zone = i;
7741
7742                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7743                         continue;
7744
7745                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7746                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7747                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7748
7749                 start_pfn = end_pfn;
7750         }
7751
7752         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7753         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7754         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7755
7756         /* Print out the zone ranges */
7757         pr_info("Zone ranges:\n");
7758         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7759                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7760                         continue;
7761                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7762                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7763                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7764                         pr_cont("empty\n");
7765                 else
7766                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7767                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7768                                         << PAGE_SHIFT,
7769                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7770                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7771         }
7772
7773         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7774         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7775         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7776                 if (zone_movable_pfn[i])
7777                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7778                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7779         }
7780
7781         /*
7782          * Print out the early node map, and initialize the
7783          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7784          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7785          */
7786         pr_info("Early memory node ranges\n");
7787         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7788                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7789                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7790                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7791                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7792         }
7793
7794         /* Initialise every node */
7795         mminit_verify_pageflags_layout();
7796         setup_nr_node_ids();
7797         for_each_online_node(nid) {
7798                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7799                 free_area_init_node(nid);
7800
7801                 /* Any memory on that node */
7802                 if (pgdat->node_present_pages)
7803                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7804                 check_for_memory(pgdat, nid);
7805         }
7806
7807         memmap_init();
7808 }
7809
7810 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7811                                      unsigned long *percent)
7812 {
7813         unsigned long long coremem;
7814         char *endptr;
7815
7816         if (!p)
7817                 return -EINVAL;
7818
7819         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7820         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7821         if (*endptr == '%') {
7822                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7823                 WARN_ON(coremem > 100);
7824
7825                 *percent = coremem;
7826         } else {
7827                 coremem = memparse(p, &p);
7828                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7829                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7830
7831                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7832                 *percent = 0UL;
7833         }
7834         return 0;
7835 }
7836
7837 /*
7838  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7839  * cannot be reclaimed or migrated.
7840  */
7841 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7842 {
7843         /* parse kernelcore=mirror */
7844         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7845                 mirrored_kernelcore = true;
7846                 return 0;
7847         }
7848
7849         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7850                                   &required_kernelcore_percent);
7851 }
7852
7853 /*
7854  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7855  * can be reclaimed or migrated.
7856  */
7857 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7858 {
7859         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7860                                   &required_movablecore_percent);
7861 }
7862
7863 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7864 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7865
7866 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7867 {
7868         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7869         totalram_pages_add(count);
7870 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7871         if (PageHighMem(page))
7872                 totalhigh_pages_add(count);
7873 #endif
7874 }
7875 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7876
7877 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7878 {
7879         void *pos;
7880         unsigned long pages = 0;
7881
7882         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7883         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7884         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7885                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7886                 void *direct_map_addr;
7887
7888                 /*
7889                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7890                  * because some architectures' virt_to_page()
7891                  * work with aliases.  Getting the direct map
7892                  * address ensures that we get a _writeable_
7893                  * alias for the memset().
7894                  */
7895                 direct_map_addr = page_address(page);
7896                 /*
7897                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
7898                  * has not been initialized.
7899                  */
7900                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
7901                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7902                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7903
7904                 free_reserved_page(page);
7905         }
7906
7907         if (pages && s)
7908                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7909                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7910
7911         return pages;
7912 }
7913
7914 void __init mem_init_print_info(void)
7915 {
7916         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7917         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7918
7919         physpages = get_num_physpages();
7920         codesize = _etext - _stext;
7921         datasize = _edata - _sdata;
7922         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7923         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7924         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7925         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7926
7927         /*
7928          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7929          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7930          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7931          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7932          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7933          */
7934 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7935         do { \
7936                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7937                         size -= adj; \
7938         } while (0)
7939
7940         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7941                      _sinittext, init_code_size);
7942         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7943         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7944         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7945         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7946
7947 #undef  adj_init_size
7948
7949         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7950 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7951                 ", %luK highmem"
7952 #endif
7953                 ")\n",
7954                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7955                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7956                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7957                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7958                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7959                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10)
7960 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7961                 , totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10)
7962 #endif
7963                 );
7964 }
7965
7966 /**
7967  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7968  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7969  *
7970  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7971  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7972  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7973  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7974  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7975  * smaller per-cpu batchsize.
7976  */
7977 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7978 {
7979         dma_reserve = new_dma_reserve;
7980 }
7981
7982 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7983 {
7984
7985         lru_add_drain_cpu(cpu);
7986         drain_pages(cpu);
7987
7988         /*
7989          * Spill the event counters of the dead processor
7990          * into the current processors event counters.
7991          * This artificially elevates the count of the current
7992          * processor.
7993          */
7994         vm_events_fold_cpu(cpu);
7995
7996         /*
7997          * Zero the differential counters of the dead processor
7998          * so that the vm statistics are consistent.
7999          *
8000          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8001          * race with what we are doing.
8002          */
8003         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8004         return 0;
8005 }
8006
8007 #ifdef CONFIG_NUMA
8008 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8009
8010 static int __init set_hashdist(char *str)
8011 {
8012         if (!str)
8013                 return 0;
8014         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8015         return 1;
8016 }
8017 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8018 #endif
8019
8020 void __init page_alloc_init(void)
8021 {
8022         int ret;
8023
8024 #ifdef CONFIG_NUMA
8025         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8026                 hashdist = 0;
8027 #endif
8028
8029         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
8030                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
8031                                         page_alloc_cpu_dead);
8032         WARN_ON(ret < 0);
8033 }
8034
8035 /*
8036  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8037  *      or min_free_kbytes changes.
8038  */
8039 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8040 {
8041         struct pglist_data *pgdat;
8042         unsigned long reserve_pages = 0;
8043         enum zone_type i, j;
8044
8045         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8046
8047                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8048
8049                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8050                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8051                         long max = 0;
8052                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8053
8054                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8055                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8056                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8057                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8058                         }
8059
8060                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8061                         max += high_wmark_pages(zone);
8062
8063                         if (max > managed_pages)
8064                                 max = managed_pages;
8065
8066                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8067
8068                         reserve_pages += max;
8069                 }
8070         }
8071         totalreserve_pages = reserve_pages;
8072 }
8073
8074 /*
8075  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8076  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8077  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8078  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8079  */
8080 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8081 {
8082         struct pglist_data *pgdat;
8083         enum zone_type i, j;
8084
8085         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8086                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8087                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8088                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8089                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8090                         unsigned long managed_pages = 0;
8091
8092                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8093                                 if (clear) {
8094                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8095                                 } else {
8096                                         struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8097
8098                                         managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8099                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8100                                 }
8101                         }
8102                 }
8103         }
8104
8105         /* update totalreserve_pages */
8106         calculate_totalreserve_pages();
8107 }
8108
8109 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8110 {
8111         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8112         unsigned long lowmem_pages = 0;
8113         struct zone *zone;
8114         unsigned long flags;
8115
8116         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8117         for_each_zone(zone) {
8118                 if (!is_highmem(zone))
8119                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8120         }
8121
8122         for_each_zone(zone) {
8123                 u64 tmp;
8124
8125                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8126                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8127                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8128                 if (is_highmem(zone)) {
8129                         /*
8130                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8131                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8132                          * value here.
8133                          *
8134                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8135                          * deltas control async page reclaim, and so should
8136                          * not be capped for highmem.
8137                          */
8138                         unsigned long min_pages;
8139
8140                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8141                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8142                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8143                 } else {
8144                         /*
8145                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8146                          * proportionate to the zone's size.
8147                          */
8148                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8149                 }
8150
8151                 /*
8152                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8153                  * scale factor in proportion to available memory, but
8154                  * ensure a minimum size on small systems.
8155                  */
8156                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8157                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8158                                       watermark_scale_factor, 10000));
8159
8160                 zone->watermark_boost = 0;
8161                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8162                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
8163
8164                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8165         }
8166
8167         /* update totalreserve_pages */
8168         calculate_totalreserve_pages();
8169 }
8170
8171 /**
8172  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8173  * or when memory is hot-{added|removed}
8174  *
8175  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8176  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8177  */
8178 void setup_per_zone_wmarks(void)
8179 {
8180         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8181
8182         spin_lock(&lock);
8183         __setup_per_zone_wmarks();
8184         spin_unlock(&lock);
8185 }
8186
8187 /*
8188  * Initialise min_free_kbytes.
8189  *
8190  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8191  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8192  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8193  *
8194  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8195  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8196  *
8197  * which yields
8198  *
8199  * 16MB:        512k
8200  * 32MB:        724k
8201  * 64MB:        1024k
8202  * 128MB:       1448k
8203  * 256MB:       2048k
8204  * 512MB:       2896k
8205  * 1024MB:      4096k
8206  * 2048MB:      5792k
8207  * 4096MB:      8192k
8208  * 8192MB:      11584k
8209  * 16384MB:     16384k
8210  */
8211 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8212 {
8213         unsigned long lowmem_kbytes;
8214         int new_min_free_kbytes;
8215
8216         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8217         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8218
8219         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
8220                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
8221                 if (min_free_kbytes < 128)
8222                         min_free_kbytes = 128;
8223                 if (min_free_kbytes > 262144)
8224                         min_free_kbytes = 262144;
8225         } else {
8226                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8227                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8228         }
8229         setup_per_zone_wmarks();
8230         refresh_zone_stat_thresholds();
8231         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8232
8233 #ifdef CONFIG_NUMA
8234         setup_min_unmapped_ratio();
8235         setup_min_slab_ratio();
8236 #endif
8237
8238         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8239
8240         return 0;
8241 }
8242 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8243
8244 /*
8245  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8246  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8247  *      changes.
8248  */
8249 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8250                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8251 {
8252         int rc;
8253
8254         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8255         if (rc)
8256                 return rc;
8257
8258         if (write) {
8259                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8260                 setup_per_zone_wmarks();
8261         }
8262         return 0;
8263 }
8264
8265 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8266                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8267 {
8268         int rc;
8269
8270         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8271         if (rc)
8272                 return rc;
8273
8274         if (write)
8275                 setup_per_zone_wmarks();
8276
8277         return 0;
8278 }
8279
8280 #ifdef CONFIG_NUMA
8281 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8282 {
8283         pg_data_t *pgdat;
8284         struct zone *zone;
8285
8286         for_each_online_pgdat(pgdat)
8287                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8288
8289         for_each_zone(zone)
8290                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8291                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8292 }
8293
8294
8295 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8296                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8297 {
8298         int rc;
8299
8300         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8301         if (rc)
8302                 return rc;
8303
8304         setup_min_unmapped_ratio();
8305
8306         return 0;
8307 }
8308
8309 static void setup_min_slab_ratio(void)
8310 {
8311         pg_data_t *pgdat;
8312         struct zone *zone;
8313
8314         for_each_online_pgdat(pgdat)
8315                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8316
8317         for_each_zone(zone)
8318                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8319                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8320 }
8321
8322 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8323                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8324 {
8325         int rc;
8326
8327         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8328         if (rc)
8329                 return rc;
8330
8331         setup_min_slab_ratio();
8332
8333         return 0;
8334 }
8335 #endif
8336
8337 /*
8338  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8339  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8340  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8341  *
8342  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8343  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8344  * if in function of the boot time zone sizes.
8345  */
8346 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8347                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8348 {
8349         int i;
8350
8351         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8352
8353         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8354                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8355                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8356         }
8357
8358         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8359         return 0;
8360 }
8361
8362 /*
8363  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8364  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8365  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8366  */
8367 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8368                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8369 {
8370         struct zone *zone;
8371         int old_percpu_pagelist_fraction;
8372         int ret;
8373
8374         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8375         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8376
8377         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8378         if (!write || ret < 0)
8379                 goto out;
8380
8381         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8382         if (percpu_pagelist_fraction &&
8383             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8384                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8385                 ret = -EINVAL;
8386                 goto out;
8387         }
8388
8389         /* No change? */
8390         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8391                 goto out;
8392
8393         for_each_populated_zone(zone)
8394                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone);
8395 out:
8396         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8397         return ret;
8398 }
8399
8400 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8401 /*
8402  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8403  * is not known to alloc_large_system_hash().
8404  */
8405 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8406 {
8407         return 0;
8408 }
8409 #endif
8410
8411 /*
8412  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8413  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8414  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8415  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8416  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8417  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8418  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8419  */
8420 #if __BITS_PER_LONG > 32
8421 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8422 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8423 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8424 #endif
8425
8426 /*
8427  * allocate a large system hash table from bootmem
8428  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8429  *   quantity of entries
8430  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8431  */
8432 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8433                                      unsigned long bucketsize,
8434                                      unsigned long numentries,
8435                                      int scale,
8436                                      int flags,
8437                                      unsigned int *_hash_shift,
8438                                      unsigned int *_hash_mask,
8439                                      unsigned long low_limit,
8440                                      unsigned long high_limit)
8441 {
8442         unsigned long long max = high_limit;
8443         unsigned long log2qty, size;
8444         void *table = NULL;
8445         gfp_t gfp_flags;
8446         bool virt;
8447         bool huge;
8448
8449         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8450         if (!numentries) {
8451                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8452                 numentries = nr_kernel_pages;
8453                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8454
8455                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8456                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8457                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8458
8459 #if __BITS_PER_LONG > 32
8460                 if (!high_limit) {
8461                         unsigned long adapt;
8462
8463                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8464                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8465                                 scale++;
8466                 }
8467 #endif
8468
8469                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8470                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8471                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8472                 else
8473                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8474
8475                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8476                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8477                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8478                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8479                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8480                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8481                                 BUG_ON(!numentries);
8482                         }
8483                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8484                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8485         }
8486         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8487
8488         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8489         if (max == 0) {
8490                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8491                 do_div(max, bucketsize);
8492         }
8493         max = min(max, 0x80000000ULL);
8494
8495         if (numentries < low_limit)
8496                 numentries = low_limit;
8497         if (numentries > max)
8498                 numentries = max;
8499
8500         log2qty = ilog2(numentries);
8501
8502         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8503         do {
8504                 virt = false;
8505                 size = bucketsize << log2qty;
8506                 if (flags & HASH_EARLY) {
8507                         if (flags & HASH_ZERO)
8508                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8509                         else
8510                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8511                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8512                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8513                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8514                         virt = true;
8515                         huge = is_vm_area_hugepages(table);
8516                 } else {
8517                         /*
8518                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8519                          * some pages at the end of hash table which
8520                          * alloc_pages_exact() automatically does
8521                          */
8522                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8523                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8524                 }
8525         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8526
8527         if (!table)
8528                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8529
8530         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8531                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8532                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
8533
8534         if (_hash_shift)
8535                 *_hash_shift = log2qty;
8536         if (_hash_mask)
8537                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8538
8539         return table;
8540 }
8541
8542 /*
8543  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8544  *
8545  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8546  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8547  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8548  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8549  *
8550  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8551  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8552  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8553  *
8554  */
8555 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8556                                  int migratetype, int flags)
8557 {
8558         unsigned long iter = 0;
8559         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8560         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8561
8562         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8563                 /*
8564                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8565                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8566                  * so consider them movable here.
8567                  */
8568                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8569                         return NULL;
8570
8571                 return page;
8572         }
8573
8574         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8575                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8576                         continue;
8577
8578                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8579
8580                 /*
8581                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8582                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8583                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8584                  * specifying "movablecore".
8585                  */
8586                 if (PageReserved(page))
8587                         return page;
8588
8589                 /*
8590                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8591                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8592                  * is movable.
8593                  */
8594                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8595                         continue;
8596
8597                 /*
8598                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8599                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8600                  * We need not scan over tail pages because we don't
8601                  * handle each tail page individually in migration.
8602                  */
8603                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8604                         struct page *head = compound_head(page);
8605                         unsigned int skip_pages;
8606
8607                         if (PageHuge(page)) {
8608                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8609                                         return page;
8610                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8611                                 return page;
8612                         }
8613
8614                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8615                         iter += skip_pages - 1;
8616                         continue;
8617                 }
8618
8619                 /*
8620                  * We can't use page_count without pin a page
8621                  * because another CPU can free compound page.
8622                  * This check already skips compound tails of THP
8623                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8624                  */
8625                 if (!page_ref_count(page)) {
8626                         if (PageBuddy(page))
8627                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8628                         continue;
8629                 }
8630
8631                 /*
8632                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8633                  * page_count() is not 0.
8634                  */
8635                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8636                         continue;
8637
8638                 /*
8639                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8640                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8641                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8642                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8643                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8644                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8645                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8646                  * (false negatives in this function only)
8647                  */
8648                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8649                         continue;
8650
8651                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8652                         continue;
8653
8654                 /*
8655                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8656                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8657                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8658                  */
8659                 return page;
8660         }
8661         return NULL;
8662 }
8663
8664 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8665 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8666 {
8667         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8668                              pageblock_nr_pages) - 1);
8669 }
8670
8671 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8672 {
8673         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8674                                 pageblock_nr_pages));
8675 }
8676
8677 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
8678         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
8679 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
8680 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8681 {
8682         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
8683
8684         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
8685                 struct page *page;
8686
8687                 dump_stack();
8688                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
8689                         dump_page(page, "migration failure");
8690         }
8691 }
8692 #else
8693 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8694 {
8695 }
8696 #endif
8697
8698 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8699 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8700                                         unsigned long start, unsigned long end)
8701 {
8702         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8703         unsigned int nr_reclaimed;
8704         unsigned long pfn = start;
8705         unsigned int tries = 0;
8706         int ret = 0;
8707         struct migration_target_control mtc = {
8708                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
8709                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
8710         };
8711
8712         lru_cache_disable();
8713
8714         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8715                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8716                         ret = -EINTR;
8717                         break;
8718                 }
8719
8720                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8721                         cc->nr_migratepages = 0;
8722                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8723                         if (ret && ret != -EAGAIN)
8724                                 break;
8725                         pfn = cc->migrate_pfn;
8726                         tries = 0;
8727                 } else if (++tries == 5) {
8728                         ret = -EBUSY;
8729                         break;
8730                 }
8731
8732                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8733                                                         &cc->migratepages);
8734                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8735
8736                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
8737                                 NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8738
8739                 /*
8740                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
8741                  * to retry again over this error, so do the same here.
8742                  */
8743                 if (ret == -ENOMEM)
8744                         break;
8745         }
8746
8747         lru_cache_enable();
8748         if (ret < 0) {
8749                 alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
8750                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8751                 return ret;
8752         }
8753         return 0;
8754 }
8755
8756 /**
8757  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8758  * @start:      start PFN to allocate
8759  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8760  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
8761  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8762  *                      in range must have the same migratetype and it must
8763  *                      be either of the two.
8764  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8765  *
8766  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8767  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8768  *
8769  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8770  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8771  * be modified by others.
8772  *
8773  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8774  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8775  * need to be freed with free_contig_range().
8776  */
8777 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8778                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8779 {
8780         unsigned long outer_start, outer_end;
8781         unsigned int order;
8782         int ret = 0;
8783
8784         struct compact_control cc = {
8785                 .nr_migratepages = 0,
8786                 .order = -1,
8787                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8788                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8789                 .ignore_skip_hint = true,
8790                 .no_set_skip_hint = true,
8791                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8792                 .alloc_contig = true,
8793         };
8794         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8795
8796         /*
8797          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8798          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8799          * have different sizes, and due to the way page allocator
8800          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8801          * that page allocator won't try to merge buddies from
8802          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8803          * other migration type.
8804          *
8805          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8806          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8807          * we are interested in).  This will put all the pages in
8808          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8809          *
8810          * When this is done, we take the pages in range from page
8811          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8812          * page allocator will never consider using them.
8813          *
8814          * This lets us mark the pageblocks back as
8815          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8816          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8817          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8818          */
8819
8820         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8821                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8822         if (ret)
8823                 return ret;
8824
8825         drain_all_pages(cc.zone);
8826
8827         /*
8828          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8829          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8830          * which will report the busy page.
8831          *
8832          * It is possible that busy pages could become available before
8833          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8834          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8835          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8836          */
8837         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8838         if (ret && ret != -EBUSY)
8839                 goto done;
8840         ret = 0;
8841
8842         /*
8843          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8844          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8845          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8846          * What we are going to do is to allocate all pages from
8847          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8848          *
8849          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8850          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8851          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8852          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8853          * once this is done free the pages we are not interested in.
8854          *
8855          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8856          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8857          */
8858
8859         order = 0;
8860         outer_start = start;
8861         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8862                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8863                         outer_start = start;
8864                         break;
8865                 }
8866                 outer_start &= ~0UL << order;
8867         }
8868
8869         if (outer_start != start) {
8870                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
8871
8872                 /*
8873                  * outer_start page could be small order buddy page and
8874                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8875                  * in this case to report failed page properly
8876                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8877                  */
8878                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8879                         outer_start = start;
8880         }
8881
8882         /* Make sure the range is really isolated. */
8883         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8884                 ret = -EBUSY;
8885                 goto done;
8886         }
8887
8888         /* Grab isolated pages from freelists. */
8889         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8890         if (!outer_end) {
8891                 ret = -EBUSY;
8892                 goto done;
8893         }
8894
8895         /* Free head and tail (if any) */
8896         if (start != outer_start)
8897                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8898         if (end != outer_end)
8899                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8900
8901 done:
8902         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8903                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8904         return ret;
8905 }
8906 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
8907
8908 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8909                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8910 {
8911         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8912
8913         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8914                                   gfp_mask);
8915 }
8916
8917 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8918                                    unsigned long nr_pages)
8919 {
8920         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8921         struct page *page;
8922
8923         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8924                 page = pfn_to_online_page(i);
8925                 if (!page)
8926                         return false;
8927
8928                 if (page_zone(page) != z)
8929                         return false;
8930
8931                 if (PageReserved(page))
8932                         return false;
8933         }
8934         return true;
8935 }
8936
8937 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8938                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8939 {
8940         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8941
8942         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8943 }
8944
8945 /**
8946  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8947  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8948  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8949  * @nid:        Target node
8950  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8951  *
8952  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8953  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8954  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8955  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8956  *
8957  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8958  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8959  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8960  *
8961  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8962  * __free_page() on each allocated page.
8963  *
8964  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8965  */
8966 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8967                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8968 {
8969         unsigned long ret, pfn, flags;
8970         struct zonelist *zonelist;
8971         struct zone *zone;
8972         struct zoneref *z;
8973
8974         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
8975         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
8976                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
8977                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8978
8979                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
8980                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
8981                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
8982                                 /*
8983                                  * We release the zone lock here because
8984                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
8985                                  * at some point. If there's an allocation
8986                                  * spinning on this lock, it may win the race
8987                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
8988                                  */
8989                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8990                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
8991                                                         gfp_mask);
8992                                 if (!ret)
8993                                         return pfn_to_page(pfn);
8994                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8995                         }
8996                         pfn += nr_pages;
8997                 }
8998                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8999         }
9000         return NULL;
9001 }
9002 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9003
9004 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9005 {
9006         unsigned long count = 0;
9007
9008         for (; nr_pages--; pfn++) {
9009                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9010
9011                 count += page_count(page) != 1;
9012                 __free_page(page);
9013         }
9014         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9015 }
9016 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9017
9018 /*
9019  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
9020  * page high values need to be recalculated.
9021  */
9022 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
9023 {
9024         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9025         zone_set_pageset_high_and_batch(zone);
9026         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9027 }
9028
9029 /*
9030  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9031  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9032  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9033  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9034  *
9035  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9036  */
9037 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9038 {
9039         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9040         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9041         __drain_all_pages(zone, true);
9042 }
9043
9044 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9045 {
9046         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9047         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9048 }
9049
9050 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9051 {
9052         int cpu;
9053         struct per_cpu_pageset *pset;
9054
9055         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
9056                 for_each_online_cpu(cpu) {
9057                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
9058                         drain_zonestat(zone, pset);
9059                 }
9060                 free_percpu(zone->pageset);
9061                 zone->pageset = &boot_pageset;
9062         }
9063 }
9064
9065 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9066 /*
9067  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9068  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9069  */
9070 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9071 {
9072         unsigned long pfn = start_pfn;
9073         struct page *page;
9074         struct zone *zone;
9075         unsigned int order;
9076         unsigned long flags;
9077
9078         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9079         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9080         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9081         while (pfn < end_pfn) {
9082                 page = pfn_to_page(pfn);
9083                 /*
9084                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9085                  * page_count() is not 0.
9086                  */
9087                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9088                         pfn++;
9089                         continue;
9090                 }
9091                 /*
9092                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9093                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9094                  */
9095                 if (PageOffline(page)) {
9096                         BUG_ON(page_count(page));
9097                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9098                         pfn++;
9099                         continue;
9100                 }
9101
9102                 BUG_ON(page_count(page));
9103                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9104                 order = buddy_order(page);
9105                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9106                 pfn += (1 << order);
9107         }
9108         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9109 }
9110 #endif
9111
9112 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9113 {
9114         struct zone *zone = page_zone(page);
9115         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9116         unsigned long flags;
9117         unsigned int order;
9118
9119         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9120         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9121                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9122
9123                 if (PageBuddy(page_head) && buddy_order(page_head) >= order)
9124                         break;
9125         }
9126         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9127
9128         return order < MAX_ORDER;
9129 }
9130
9131 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9132 /*
9133  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9134  * buddy allocator.
9135  */
9136 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9137                                    struct page *target, int low, int high,
9138                                    int migratetype)
9139 {
9140         unsigned long size = 1 << high;
9141         struct page *current_buddy, *next_page;
9142
9143         while (high > low) {
9144                 high--;
9145                 size >>= 1;
9146
9147                 if (target >= &page[size]) {
9148                         next_page = page + size;
9149                         current_buddy = page;
9150                 } else {
9151                         next_page = page;
9152                         current_buddy = page + size;
9153                 }
9154
9155                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9156                         continue;
9157
9158                 if (current_buddy != target) {
9159                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9160                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9161                         page = next_page;
9162                 }
9163         }
9164 }
9165
9166 /*
9167  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9168  */
9169 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9170 {
9171         struct zone *zone = page_zone(page);
9172         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9173         unsigned long flags;
9174         unsigned int order;
9175         bool ret = false;
9176
9177         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9178         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9179                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9180                 int page_order = buddy_order(page_head);
9181
9182                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9183                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9184                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9185                                                                    pfn_head);
9186
9187                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9188                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9189                                                 page_order, migratetype);
9190                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9191                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9192                         ret = true;
9193                         break;
9194                 }
9195                 if (page_count(page_head) > 0)
9196                         break;
9197         }
9198         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9199         return ret;
9200 }
9201 #endif