6c6d9f1c404e08eb30542a2f7230eb6b7dd1311d
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/highmem.h>
20 #include <linux/swap.h>
21 #include <linux/interrupt.h>
22 #include <linux/pagemap.h>
23 #include <linux/jiffies.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kasan.h>
28 #include <linux/module.h>
29 #include <linux/suspend.h>
30 #include <linux/pagevec.h>
31 #include <linux/blkdev.h>
32 #include <linux/slab.h>
33 #include <linux/ratelimit.h>
34 #include <linux/oom.h>
35 #include <linux/topology.h>
36 #include <linux/sysctl.h>
37 #include <linux/cpu.h>
38 #include <linux/cpuset.h>
39 #include <linux/memory_hotplug.h>
40 #include <linux/nodemask.h>
41 #include <linux/vmalloc.h>
42 #include <linux/vmstat.h>
43 #include <linux/mempolicy.h>
44 #include <linux/memremap.h>
45 #include <linux/stop_machine.h>
46 #include <linux/sort.h>
47 #include <linux/pfn.h>
48 #include <linux/backing-dev.h>
49 #include <linux/fault-inject.h>
50 #include <linux/page-isolation.h>
51 #include <linux/page_ext.h>
52 #include <linux/debugobjects.h>
53 #include <linux/kmemleak.h>
54 #include <linux/compaction.h>
55 #include <trace/events/kmem.h>
56 #include <trace/events/oom.h>
57 #include <linux/prefetch.h>
58 #include <linux/mm_inline.h>
59 #include <linux/migrate.h>
60 #include <linux/hugetlb.h>
61 #include <linux/sched/rt.h>
62 #include <linux/sched/mm.h>
63 #include <linux/page_owner.h>
64 #include <linux/kthread.h>
65 #include <linux/memcontrol.h>
66 #include <linux/ftrace.h>
67 #include <linux/lockdep.h>
68 #include <linux/nmi.h>
69 #include <linux/psi.h>
70
71 #include <asm/sections.h>
72 #include <asm/tlbflush.h>
73 #include <asm/div64.h>
74 #include "internal.h"
75
76 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
77 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
78 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
79
80 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
81 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
82 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
83 #endif
84
85 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
86
87 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
88 /*
89  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
90  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
91  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
92  * defined in <linux/topology.h>.
93  */
94 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
95 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
96 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
97 #endif
98
99 /* work_structs for global per-cpu drains */
100 struct pcpu_drain {
101         struct zone *zone;
102         struct work_struct work;
103 };
104 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
105 DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
106
107 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
108 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
109 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
110 #endif
111
112 /*
113  * Array of node states.
114  */
115 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
116         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
117         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
118 #ifndef CONFIG_NUMA
119         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
120 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
121         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
122 #endif
123         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
124         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
125 #endif  /* NUMA */
126 };
127 EXPORT_SYMBOL(node_states);
128
129 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
130 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
131 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
132 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
133
134 int percpu_pagelist_fraction;
135 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
136
137 /*
138  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
139  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
140  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
141  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
142  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
143  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
144  */
145 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
146 {
147         return page->index;
148 }
149
150 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
151 {
152         page->index = migratetype;
153 }
154
155 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
156 /*
157  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
158  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
159  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
160  * they should always be called with system_transition_mutex held
161  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
162  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
163  * with that modification).
164  */
165
166 static gfp_t saved_gfp_mask;
167
168 void pm_restore_gfp_mask(void)
169 {
170         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
171         if (saved_gfp_mask) {
172                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
173                 saved_gfp_mask = 0;
174         }
175 }
176
177 void pm_restrict_gfp_mask(void)
178 {
179         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
180         WARN_ON(saved_gfp_mask);
181         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
182         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
183 }
184
185 bool pm_suspended_storage(void)
186 {
187         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
188                 return false;
189         return true;
190 }
191 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
192
193 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
194 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
195 #endif
196
197 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
198
199 /*
200  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
201  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
202  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
203  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
204  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
205  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
206  *
207  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
208  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
209  */
210 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
211 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
212         [ZONE_DMA] = 256,
213 #endif
214 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
215         [ZONE_DMA32] = 256,
216 #endif
217         [ZONE_NORMAL] = 32,
218 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
219         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
220 #endif
221         [ZONE_MOVABLE] = 0,
222 };
223
224 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
225
226 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
227 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
228          "DMA",
229 #endif
230 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
231          "DMA32",
232 #endif
233          "Normal",
234 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
235          "HighMem",
236 #endif
237          "Movable",
238 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
239          "Device",
240 #endif
241 };
242
243 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
244         "Unmovable",
245         "Movable",
246         "Reclaimable",
247         "HighAtomic",
248 #ifdef CONFIG_CMA
249         "CMA",
250 #endif
251 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
252         "Isolate",
253 #endif
254 };
255
256 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
257         NULL,
258         free_compound_page,
259 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
260         free_huge_page,
261 #endif
262 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
263         free_transhuge_page,
264 #endif
265 };
266
267 int min_free_kbytes = 1024;
268 int user_min_free_kbytes = -1;
269 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
270 /*
271  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
272  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
273  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
274  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
275  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
276  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
277  * fragmentation avoidance.
278  */
279 int watermark_boost_factor __read_mostly;
280 #else
281 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
282 #endif
283 int watermark_scale_factor = 10;
284
285 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
286 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
287 static unsigned long dma_reserve __initdata;
288
289 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
290 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
291 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
292 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
293 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
294 static unsigned long required_movablecore __initdata;
295 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
296 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
297 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
298
299 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
300 int movable_zone;
301 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
302 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
303
304 #if MAX_NUMNODES > 1
305 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
306 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
307 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
308 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
309 #endif
310
311 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
312
313 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
314 /*
315  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
316  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
317  * and we can permanently disable that path.
318  */
319 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
320
321 /*
322  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
323  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
324  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
325  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
326  *
327  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
328  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
329  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
330  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
331  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
332  * initialization is done, but this is not likely to happen.
333  */
334 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
335 {
336         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
337                 kasan_free_pages(page, order);
338 }
339
340 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
341 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
342 {
343         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
344
345         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
346                 return true;
347
348         return false;
349 }
350
351 /*
352  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
353  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
354  */
355 static bool __meminit
356 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
357 {
358         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
359
360         /*
361          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
362          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
363          */
364         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
365                 prev_end_pfn = end_pfn;
366                 nr_initialised = 0;
367         }
368
369         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
370         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
371                 return false;
372
373         /*
374          * We start only with one section of pages, more pages are added as
375          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
376          */
377         nr_initialised++;
378         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
379             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
380                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
381                 return true;
382         }
383         return false;
384 }
385 #else
386 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
387
388 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
389 {
390         return false;
391 }
392
393 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
394 {
395         return false;
396 }
397 #endif
398
399 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
400 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
401                                                         unsigned long pfn)
402 {
403 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
404         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
405 #else
406         return page_zone(page)->pageblock_flags;
407 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
408 }
409
410 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
411 {
412 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
413         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
414         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
415 #else
416         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
417         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
418 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
419 }
420
421 /**
422  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
423  * @page: The page within the block of interest
424  * @pfn: The target page frame number
425  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
426  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
427  *
428  * Return: pageblock_bits flags
429  */
430 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
431                                         unsigned long pfn,
432                                         unsigned long end_bitidx,
433                                         unsigned long mask)
434 {
435         unsigned long *bitmap;
436         unsigned long bitidx, word_bitidx;
437         unsigned long word;
438
439         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
440         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
441         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
442         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
443
444         word = bitmap[word_bitidx];
445         bitidx += end_bitidx;
446         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
447 }
448
449 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
450                                         unsigned long end_bitidx,
451                                         unsigned long mask)
452 {
453         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
454 }
455
456 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
457 {
458         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
459 }
460
461 /**
462  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
463  * @page: The page within the block of interest
464  * @flags: The flags to set
465  * @pfn: The target page frame number
466  * @end_bitidx: The last bit of interest
467  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
468  */
469 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
470                                         unsigned long pfn,
471                                         unsigned long end_bitidx,
472                                         unsigned long mask)
473 {
474         unsigned long *bitmap;
475         unsigned long bitidx, word_bitidx;
476         unsigned long old_word, word;
477
478         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
479         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
480
481         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
482         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
483         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
484         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
485
486         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
487
488         bitidx += end_bitidx;
489         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
490         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
491
492         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
493         for (;;) {
494                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
495                 if (word == old_word)
496                         break;
497                 word = old_word;
498         }
499 }
500
501 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
502 {
503         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
504                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
505                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
506
507         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
508                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
509 }
510
511 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
512 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
513 {
514         int ret = 0;
515         unsigned seq;
516         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
517         unsigned long sp, start_pfn;
518
519         do {
520                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
521                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
522                 sp = zone->spanned_pages;
523                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
524                         ret = 1;
525         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
526
527         if (ret)
528                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
529                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
530                         start_pfn, start_pfn + sp);
531
532         return ret;
533 }
534
535 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
536 {
537         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
538                 return 0;
539         if (zone != page_zone(page))
540                 return 0;
541
542         return 1;
543 }
544 /*
545  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
546  */
547 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
548 {
549         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
550                 return 1;
551         if (!page_is_consistent(zone, page))
552                 return 1;
553
554         return 0;
555 }
556 #else
557 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
558 {
559         return 0;
560 }
561 #endif
562
563 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
564                 unsigned long bad_flags)
565 {
566         static unsigned long resume;
567         static unsigned long nr_shown;
568         static unsigned long nr_unshown;
569
570         /*
571          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
572          * or allow a steady drip of one report per second.
573          */
574         if (nr_shown == 60) {
575                 if (time_before(jiffies, resume)) {
576                         nr_unshown++;
577                         goto out;
578                 }
579                 if (nr_unshown) {
580                         pr_alert(
581                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
582                                 nr_unshown);
583                         nr_unshown = 0;
584                 }
585                 nr_shown = 0;
586         }
587         if (nr_shown++ == 0)
588                 resume = jiffies + 60 * HZ;
589
590         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
591                 current->comm, page_to_pfn(page));
592         __dump_page(page, reason);
593         bad_flags &= page->flags;
594         if (bad_flags)
595                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
596                                                 bad_flags, &bad_flags);
597         dump_page_owner(page);
598
599         print_modules();
600         dump_stack();
601 out:
602         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
603         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
604         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
605 }
606
607 /*
608  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
609  *
610  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
611  *
612  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
613  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
614  *
615  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
616  * page destructors. See compound_page_dtors.
617  *
618  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
619  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
620  */
621
622 void free_compound_page(struct page *page)
623 {
624         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
625 }
626
627 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
628 {
629         int i;
630         int nr_pages = 1 << order;
631
632         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
633         set_compound_order(page, order);
634         __SetPageHead(page);
635         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
636                 struct page *p = page + i;
637                 set_page_count(p, 0);
638                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
639                 set_compound_head(p, page);
640         }
641         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
642 }
643
644 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
645 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
646 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
647                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
648 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
649 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
650
651 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
652 {
653         if (!buf)
654                 return -EINVAL;
655         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
656 }
657 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
658
659 static bool need_debug_guardpage(void)
660 {
661         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
662         if (!debug_pagealloc_enabled())
663                 return false;
664
665         if (!debug_guardpage_minorder())
666                 return false;
667
668         return true;
669 }
670
671 static void init_debug_guardpage(void)
672 {
673         if (!debug_pagealloc_enabled())
674                 return;
675
676         if (!debug_guardpage_minorder())
677                 return;
678
679         _debug_guardpage_enabled = true;
680 }
681
682 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
683         .need = need_debug_guardpage,
684         .init = init_debug_guardpage,
685 };
686
687 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
688 {
689         unsigned long res;
690
691         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
692                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
693                 return 0;
694         }
695         _debug_guardpage_minorder = res;
696         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
697         return 0;
698 }
699 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
700
701 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
702                                 unsigned int order, int migratetype)
703 {
704         struct page_ext *page_ext;
705
706         if (!debug_guardpage_enabled())
707                 return false;
708
709         if (order >= debug_guardpage_minorder())
710                 return false;
711
712         page_ext = lookup_page_ext(page);
713         if (unlikely(!page_ext))
714                 return false;
715
716         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
717
718         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
719         set_page_private(page, order);
720         /* Guard pages are not available for any usage */
721         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
722
723         return true;
724 }
725
726 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
727                                 unsigned int order, int migratetype)
728 {
729         struct page_ext *page_ext;
730
731         if (!debug_guardpage_enabled())
732                 return;
733
734         page_ext = lookup_page_ext(page);
735         if (unlikely(!page_ext))
736                 return;
737
738         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
739
740         set_page_private(page, 0);
741         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
742                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
743 }
744 #else
745 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
746 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
747                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
748 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
749                                 unsigned int order, int migratetype) {}
750 #endif
751
752 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
753 {
754         set_page_private(page, order);
755         __SetPageBuddy(page);
756 }
757
758 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
759 {
760         __ClearPageBuddy(page);
761         set_page_private(page, 0);
762 }
763
764 /*
765  * This function checks whether a page is free && is the buddy
766  * we can coalesce a page and its buddy if
767  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
768  * (b) the buddy is in the buddy system &&
769  * (c) a page and its buddy have the same order &&
770  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
771  *
772  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
773  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
774  *
775  * For recording page's order, we use page_private(page).
776  */
777 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
778                                                         unsigned int order)
779 {
780         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
781                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
782                         return 0;
783
784                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
785
786                 return 1;
787         }
788
789         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
790                 /*
791                  * zone check is done late to avoid uselessly
792                  * calculating zone/node ids for pages that could
793                  * never merge.
794                  */
795                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
796                         return 0;
797
798                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
799
800                 return 1;
801         }
802         return 0;
803 }
804
805 #ifdef CONFIG_COMPACTION
806 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
807 {
808         struct capture_control *capc = current->capture_control;
809
810         return capc &&
811                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
812                 !capc->page &&
813                 capc->cc->zone == zone &&
814                 capc->cc->direct_compaction ? capc : NULL;
815 }
816
817 static inline bool
818 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
819                    int order, int migratetype)
820 {
821         if (!capc || order != capc->cc->order)
822                 return false;
823
824         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
825         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
826             is_migrate_isolate(migratetype))
827                 return false;
828
829         /*
830          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
831          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
832          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
833          * have trouble finding a high-order free page.
834          */
835         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
836                 return false;
837
838         capc->page = page;
839         return true;
840 }
841
842 #else
843 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
844 {
845         return NULL;
846 }
847
848 static inline bool
849 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
850                    int order, int migratetype)
851 {
852         return false;
853 }
854 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
855
856 /*
857  * Freeing function for a buddy system allocator.
858  *
859  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
860  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
861  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
862  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
863  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
864  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
865  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
866  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
867  * parts of the VM system.
868  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
869  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
870  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
871  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
872  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
873  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
874  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
875  * triggers coalescing into a block of larger size.
876  *
877  * -- nyc
878  */
879
880 static inline void __free_one_page(struct page *page,
881                 unsigned long pfn,
882                 struct zone *zone, unsigned int order,
883                 int migratetype)
884 {
885         unsigned long combined_pfn;
886         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
887         struct page *buddy;
888         unsigned int max_order;
889         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
890
891         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
892
893         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
894         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
895
896         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
897         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
898                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
899
900         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
901         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
902
903 continue_merging:
904         while (order < max_order - 1) {
905                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
906                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
907                                                                 migratetype);
908                         return;
909                 }
910                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
911                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
912
913                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
914                         goto done_merging;
915                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
916                         goto done_merging;
917                 /*
918                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
919                  * merge with it and move up one order.
920                  */
921                 if (page_is_guard(buddy)) {
922                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
923                 } else {
924                         list_del(&buddy->lru);
925                         zone->free_area[order].nr_free--;
926                         rmv_page_order(buddy);
927                 }
928                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
929                 page = page + (combined_pfn - pfn);
930                 pfn = combined_pfn;
931                 order++;
932         }
933         if (max_order < MAX_ORDER) {
934                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
935                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
936                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
937                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
938                  *
939                  * We don't want to hit this code for the more frequent
940                  * low-order merging.
941                  */
942                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
943                         int buddy_mt;
944
945                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
946                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
947                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
948
949                         if (migratetype != buddy_mt
950                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
951                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
952                                 goto done_merging;
953                 }
954                 max_order++;
955                 goto continue_merging;
956         }
957
958 done_merging:
959         set_page_order(page, order);
960
961         /*
962          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
963          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
964          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
965          * that is happening, add the free page to the tail of the list
966          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
967          * as a higher order page
968          */
969         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)) {
970                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
971                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
972                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
973                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
974                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
975                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
976                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
977                         list_add_tail(&page->lru,
978                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
979                         goto out;
980                 }
981         }
982
983         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
984 out:
985         zone->free_area[order].nr_free++;
986 }
987
988 /*
989  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
990  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
991  * check if necessary.
992  */
993 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
994                                         unsigned long check_flags)
995 {
996         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
997                 return false;
998
999         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1000                         page_ref_count(page) |
1001 #ifdef CONFIG_MEMCG
1002                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1003 #endif
1004                         (page->flags & check_flags)))
1005                 return false;
1006
1007         return true;
1008 }
1009
1010 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
1011 {
1012         const char *bad_reason;
1013         unsigned long bad_flags;
1014
1015         bad_reason = NULL;
1016         bad_flags = 0;
1017
1018         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1019                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1020         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1021                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1022         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1023                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1024         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
1025                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1026                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
1027         }
1028 #ifdef CONFIG_MEMCG
1029         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1030                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1031 #endif
1032         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1033 }
1034
1035 static inline int free_pages_check(struct page *page)
1036 {
1037         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1038                 return 0;
1039
1040         /* Something has gone sideways, find it */
1041         free_pages_check_bad(page);
1042         return 1;
1043 }
1044
1045 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1046 {
1047         int ret = 1;
1048
1049         /*
1050          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1051          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1052          */
1053         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1054
1055         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1056                 ret = 0;
1057                 goto out;
1058         }
1059         switch (page - head_page) {
1060         case 1:
1061                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1062                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1063                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
1064                         goto out;
1065                 }
1066                 break;
1067         case 2:
1068                 /*
1069                  * the second tail page: ->mapping is
1070                  * deferred_list.next -- ignore value.
1071                  */
1072                 break;
1073         default:
1074                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1075                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
1076                         goto out;
1077                 }
1078                 break;
1079         }
1080         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1081                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
1082                 goto out;
1083         }
1084         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1085                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
1086                 goto out;
1087         }
1088         ret = 0;
1089 out:
1090         page->mapping = NULL;
1091         clear_compound_head(page);
1092         return ret;
1093 }
1094
1095 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1096                                         unsigned int order, bool check_free)
1097 {
1098         int bad = 0;
1099
1100         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1101
1102         trace_mm_page_free(page, order);
1103
1104         /*
1105          * Check tail pages before head page information is cleared to
1106          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1107          */
1108         if (unlikely(order)) {
1109                 bool compound = PageCompound(page);
1110                 int i;
1111
1112                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1113
1114                 if (compound)
1115                         ClearPageDoubleMap(page);
1116                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1117                         if (compound)
1118                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1119                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1120                                 bad++;
1121                                 continue;
1122                         }
1123                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1124                 }
1125         }
1126         if (PageMappingFlags(page))
1127                 page->mapping = NULL;
1128         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1129                 __memcg_kmem_uncharge(page, order);
1130         if (check_free)
1131                 bad += free_pages_check(page);
1132         if (bad)
1133                 return false;
1134
1135         page_cpupid_reset_last(page);
1136         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1137         reset_page_owner(page, order);
1138
1139         if (!PageHighMem(page)) {
1140                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1141                                            PAGE_SIZE << order);
1142                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1143                                            PAGE_SIZE << order);
1144         }
1145         arch_free_page(page, order);
1146         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1147         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1148         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1149
1150         return true;
1151 }
1152
1153 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1154 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1155 {
1156         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1157 }
1158
1159 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1160 {
1161         return false;
1162 }
1163 #else
1164 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1165 {
1166         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1167 }
1168
1169 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1170 {
1171         return free_pages_check(page);
1172 }
1173 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1174
1175 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1176 {
1177         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1178         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1179         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1180
1181         prefetch(buddy);
1182 }
1183
1184 /*
1185  * Frees a number of pages from the PCP lists
1186  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1187  * count is the number of pages to free.
1188  *
1189  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1190  * see if this freeing clears that state.
1191  *
1192  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1193  * pinned" detection logic.
1194  */
1195 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1196                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1197 {
1198         int migratetype = 0;
1199         int batch_free = 0;
1200         int prefetch_nr = 0;
1201         bool isolated_pageblocks;
1202         struct page *page, *tmp;
1203         LIST_HEAD(head);
1204
1205         while (count) {
1206                 struct list_head *list;
1207
1208                 /*
1209                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1210                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1211                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1212                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1213                  * lists
1214                  */
1215                 do {
1216                         batch_free++;
1217                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1218                                 migratetype = 0;
1219                         list = &pcp->lists[migratetype];
1220                 } while (list_empty(list));
1221
1222                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1223                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1224                         batch_free = count;
1225
1226                 do {
1227                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1228                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1229                         list_del(&page->lru);
1230                         pcp->count--;
1231
1232                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1233                                 continue;
1234
1235                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1236
1237                         /*
1238                          * We are going to put the page back to the global
1239                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1240                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1241                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1242                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1243                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1244                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1245                          */
1246                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1247                                 prefetch_buddy(page);
1248                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1249         }
1250
1251         spin_lock(&zone->lock);
1252         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1253
1254         /*
1255          * Use safe version since after __free_one_page(),
1256          * page->lru.next will not point to original list.
1257          */
1258         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1259                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1260                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1261                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1262                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1263                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1264                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1265
1266                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1267                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1268         }
1269         spin_unlock(&zone->lock);
1270 }
1271
1272 static void free_one_page(struct zone *zone,
1273                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1274                                 unsigned int order,
1275                                 int migratetype)
1276 {
1277         spin_lock(&zone->lock);
1278         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1279                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1280                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1281         }
1282         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1283         spin_unlock(&zone->lock);
1284 }
1285
1286 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1287                                 unsigned long zone, int nid)
1288 {
1289         mm_zero_struct_page(page);
1290         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1291         init_page_count(page);
1292         page_mapcount_reset(page);
1293         page_cpupid_reset_last(page);
1294         page_kasan_tag_reset(page);
1295
1296         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1297 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1298         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1299         if (!is_highmem_idx(zone))
1300                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1301 #endif
1302 }
1303
1304 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1305 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1306 {
1307         pg_data_t *pgdat;
1308         int nid, zid;
1309
1310         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1311                 return;
1312
1313         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1314         pgdat = NODE_DATA(nid);
1315
1316         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1317                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1318
1319                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1320                         break;
1321         }
1322         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1323 }
1324 #else
1325 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1326 {
1327 }
1328 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1329
1330 /*
1331  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1332  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1333  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1334  * sent to the buddy page allocator.
1335  */
1336 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1337 {
1338         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1339         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1340
1341         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1342                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1343                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1344
1345                         init_reserved_page(start_pfn);
1346
1347                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1348                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1349
1350                         /*
1351                          * no need for atomic set_bit because the struct
1352                          * page is not visible yet so nobody should
1353                          * access it yet.
1354                          */
1355                         __SetPageReserved(page);
1356                 }
1357         }
1358 }
1359
1360 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1361 {
1362         unsigned long flags;
1363         int migratetype;
1364         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1365
1366         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1367                 return;
1368
1369         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1370         local_irq_save(flags);
1371         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1372         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1373         local_irq_restore(flags);
1374 }
1375
1376 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1377 {
1378         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1379         struct page *p = page;
1380         unsigned int loop;
1381
1382         prefetchw(p);
1383         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1384                 prefetchw(p + 1);
1385                 __ClearPageReserved(p);
1386                 set_page_count(p, 0);
1387         }
1388         __ClearPageReserved(p);
1389         set_page_count(p, 0);
1390
1391         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1392         set_page_refcounted(page);
1393         __free_pages(page, order);
1394 }
1395
1396 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1397         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1398
1399 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1400
1401 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1402 {
1403         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1404         int nid;
1405
1406         spin_lock(&early_pfn_lock);
1407         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1408         if (nid < 0)
1409                 nid = first_online_node;
1410         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1411
1412         return nid;
1413 }
1414 #endif
1415
1416 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1417 static inline bool __meminit __maybe_unused
1418 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1419                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1420 {
1421         int nid;
1422
1423         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1424         if (nid >= 0 && nid != node)
1425                 return false;
1426         return true;
1427 }
1428
1429 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1430 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1431 {
1432         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1433 }
1434
1435 #else
1436
1437 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1438 {
1439         return true;
1440 }
1441 static inline bool __meminit  __maybe_unused
1442 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1443                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1444 {
1445         return true;
1446 }
1447 #endif
1448
1449
1450 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1451                                                         unsigned int order)
1452 {
1453         if (early_page_uninitialised(pfn))
1454                 return;
1455         __free_pages_core(page, order);
1456 }
1457
1458 /*
1459  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1460  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1461  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1462  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1463  * pageblocks.
1464  *
1465  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1466  *
1467  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1468  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1469  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1470  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1471  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1472  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1473  * page in a pageblock.
1474  */
1475 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1476                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1477 {
1478         struct page *start_page;
1479         struct page *end_page;
1480
1481         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1482         end_pfn--;
1483
1484         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1485                 return NULL;
1486
1487         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1488         if (!start_page)
1489                 return NULL;
1490
1491         if (page_zone(start_page) != zone)
1492                 return NULL;
1493
1494         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1495
1496         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1497         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1498                 return NULL;
1499
1500         return start_page;
1501 }
1502
1503 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1504 {
1505         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1506         unsigned long block_end_pfn;
1507
1508         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1509         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1510                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1511                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1512
1513                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1514
1515                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1516                                              block_end_pfn, zone))
1517                         return;
1518         }
1519
1520         /* We confirm that there is no hole */
1521         zone->contiguous = true;
1522 }
1523
1524 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1525 {
1526         zone->contiguous = false;
1527 }
1528
1529 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1530 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1531                                        unsigned long nr_pages)
1532 {
1533         struct page *page;
1534         unsigned long i;
1535
1536         if (!nr_pages)
1537                 return;
1538
1539         page = pfn_to_page(pfn);
1540
1541         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1542         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1543             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1544                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1545                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1546                 return;
1547         }
1548
1549         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1550                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1551                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1552                 __free_pages_core(page, 0);
1553         }
1554 }
1555
1556 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1557 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1558 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1559
1560 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1561 {
1562         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1563                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1564 }
1565
1566 /*
1567  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1568  *
1569  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1570  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1571  * function is optimized out.
1572  *
1573  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1574  * of the head pfn.
1575  *
1576  * Finally, meminit_pfn_in_nid is checked on systems where pfns can interleave
1577  * within a node: a pfn is between start and end of a node, but does not belong
1578  * to this memory node.
1579  */
1580 static inline bool __init
1581 deferred_pfn_valid(int nid, unsigned long pfn,
1582                    struct mminit_pfnnid_cache *nid_init_state)
1583 {
1584         if (!pfn_valid_within(pfn))
1585                 return false;
1586         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1587                 return false;
1588         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, nid_init_state))
1589                 return false;
1590         return true;
1591 }
1592
1593 /*
1594  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1595  * pageblock_nr_pages sizes.
1596  */
1597 static void __init deferred_free_pages(int nid, int zid, unsigned long pfn,
1598                                        unsigned long end_pfn)
1599 {
1600         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1601         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1602         unsigned long nr_free = 0;
1603
1604         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1605                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1606                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1607                         nr_free = 0;
1608                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1609                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1610                         nr_free = 1;
1611                         touch_nmi_watchdog();
1612                 } else {
1613                         nr_free++;
1614                 }
1615         }
1616         /* Free the last block of pages to allocator */
1617         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1618 }
1619
1620 /*
1621  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1622  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1623  * Return number of pages initialized.
1624  */
1625 static unsigned long  __init deferred_init_pages(int nid, int zid,
1626                                                  unsigned long pfn,
1627                                                  unsigned long end_pfn)
1628 {
1629         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1630         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1631         unsigned long nr_pages = 0;
1632         struct page *page = NULL;
1633
1634         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1635                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1636                         page = NULL;
1637                         continue;
1638                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1639                         page = pfn_to_page(pfn);
1640                         touch_nmi_watchdog();
1641                 } else {
1642                         page++;
1643                 }
1644                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1645                 nr_pages++;
1646         }
1647         return (nr_pages);
1648 }
1649
1650 /* Initialise remaining memory on a node */
1651 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1652 {
1653         pg_data_t *pgdat = data;
1654         int nid = pgdat->node_id;
1655         unsigned long start = jiffies;
1656         unsigned long nr_pages = 0;
1657         unsigned long spfn, epfn, first_init_pfn, flags;
1658         phys_addr_t spa, epa;
1659         int zid;
1660         struct zone *zone;
1661         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1662         u64 i;
1663
1664         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1665         if (!cpumask_empty(cpumask))
1666                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1667
1668         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1669         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1670         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1671                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1672                 pgdat_init_report_one_done();
1673                 return 0;
1674         }
1675
1676         /* Sanity check boundaries */
1677         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1678         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1679         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1680
1681         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1682         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1683                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1684                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1685                         break;
1686         }
1687         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_init_pfn);
1688
1689         /*
1690          * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1691          * struct page, than free to buddy allocator, because while we are
1692          * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1693          * page in __free_one_page()).
1694          */
1695         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1696                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1697                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1698                 nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1699         }
1700         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1701                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1702                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1703                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1704         }
1705         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1706
1707         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1708         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1709
1710         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1711                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1712
1713         pgdat_init_report_one_done();
1714         return 0;
1715 }
1716
1717 /*
1718  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1719  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1720  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1721  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1722  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1723  *
1724  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1725  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1726  * enough pages to satisfy the allocation.
1727  *
1728  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1729  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1730  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1731  */
1732 static noinline bool __init
1733 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1734 {
1735         int zid = zone_idx(zone);
1736         int nid = zone_to_nid(zone);
1737         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
1738         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1739         unsigned long nr_pages = 0;
1740         unsigned long first_init_pfn, spfn, epfn, t, flags;
1741         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1742         phys_addr_t spa, epa;
1743         u64 i;
1744
1745         /* Only the last zone may have deferred pages */
1746         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1747                 return false;
1748
1749         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1750
1751         /*
1752          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1753          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1754          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1755          * has this static branch.
1756          */
1757         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1758                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1759                 return true;
1760         }
1761
1762         /*
1763          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1764          * true, as there might be enough pages already.
1765          */
1766         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1767                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1768                 return true;
1769         }
1770
1771         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_deferred_pfn);
1772
1773         if (first_init_pfn >= pgdat_end_pfn(pgdat)) {
1774                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1775                 return false;
1776         }
1777
1778         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1779                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1780                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1781
1782                 while (spfn < epfn && nr_pages < nr_pages_needed) {
1783                         t = ALIGN(spfn + PAGES_PER_SECTION, PAGES_PER_SECTION);
1784                         first_deferred_pfn = min(t, epfn);
1785                         nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn,
1786                                                         first_deferred_pfn);
1787                         spfn = first_deferred_pfn;
1788                 }
1789
1790                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1791                         break;
1792         }
1793
1794         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1795                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1796                 epfn = min_t(unsigned long, first_deferred_pfn, PFN_DOWN(epa));
1797                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1798
1799                 if (first_deferred_pfn == epfn)
1800                         break;
1801         }
1802         pgdat->first_deferred_pfn = first_deferred_pfn;
1803         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1804
1805         return nr_pages > 0;
1806 }
1807
1808 /*
1809  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1810  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1811  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1812  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1813  */
1814 static bool __ref
1815 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1816 {
1817         return deferred_grow_zone(zone, order);
1818 }
1819
1820 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1821
1822 void __init page_alloc_init_late(void)
1823 {
1824         struct zone *zone;
1825
1826 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1827         int nid;
1828
1829         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1830         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1831         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1832                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1833         }
1834
1835         /* Block until all are initialised */
1836         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1837
1838         /*
1839          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1840          * on-demand struct page initialization.
1841          */
1842         static_branch_disable(&deferred_pages);
1843
1844         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1845         files_maxfiles_init();
1846 #endif
1847 #ifdef CONFIG_ARCH_DISCARD_MEMBLOCK
1848         /* Discard memblock private memory */
1849         memblock_discard();
1850 #endif
1851
1852         for_each_populated_zone(zone)
1853                 set_zone_contiguous(zone);
1854 }
1855
1856 #ifdef CONFIG_CMA
1857 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1858 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1859 {
1860         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1861         struct page *p = page;
1862
1863         do {
1864                 __ClearPageReserved(p);
1865                 set_page_count(p, 0);
1866         } while (++p, --i);
1867
1868         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1869
1870         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1871                 i = pageblock_nr_pages;
1872                 p = page;
1873                 do {
1874                         set_page_refcounted(p);
1875                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1876                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1877                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1878         } else {
1879                 set_page_refcounted(page);
1880                 __free_pages(page, pageblock_order);
1881         }
1882
1883         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1884 }
1885 #endif
1886
1887 /*
1888  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1889  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1890  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1891  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1892  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1893  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1894  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1895  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1896  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1897  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1898  *
1899  * -- nyc
1900  */
1901 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1902         int low, int high, struct free_area *area,
1903         int migratetype)
1904 {
1905         unsigned long size = 1 << high;
1906
1907         while (high > low) {
1908                 area--;
1909                 high--;
1910                 size >>= 1;
1911                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1912
1913                 /*
1914                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1915                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1916                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1917                  * pages will stay not present in virtual address space
1918                  */
1919                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1920                         continue;
1921
1922                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1923                 area->nr_free++;
1924                 set_page_order(&page[size], high);
1925         }
1926 }
1927
1928 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1929 {
1930         const char *bad_reason = NULL;
1931         unsigned long bad_flags = 0;
1932
1933         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1934                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1935         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1936                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1937         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1938                 bad_reason = "nonzero _count";
1939         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1940                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1941                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1942                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1943                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1944                 return;
1945         }
1946         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1947                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1948                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1949         }
1950 #ifdef CONFIG_MEMCG
1951         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1952                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1953 #endif
1954         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1955 }
1956
1957 /*
1958  * This page is about to be returned from the page allocator
1959  */
1960 static inline int check_new_page(struct page *page)
1961 {
1962         if (likely(page_expected_state(page,
1963                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1964                 return 0;
1965
1966         check_new_page_bad(page);
1967         return 1;
1968 }
1969
1970 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
1971 {
1972         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1973                 page_poisoning_enabled();
1974 }
1975
1976 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1977 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1978 {
1979         return false;
1980 }
1981
1982 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1983 {
1984         return check_new_page(page);
1985 }
1986 #else
1987 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1988 {
1989         return check_new_page(page);
1990 }
1991 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1992 {
1993         return false;
1994 }
1995 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1996
1997 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1998 {
1999         int i;
2000         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2001                 struct page *p = page + i;
2002
2003                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2004                         return true;
2005         }
2006
2007         return false;
2008 }
2009
2010 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2011                                 gfp_t gfp_flags)
2012 {
2013         set_page_private(page, 0);
2014         set_page_refcounted(page);
2015
2016         arch_alloc_page(page, order);
2017         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2018         kasan_alloc_pages(page, order);
2019         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2020         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2021 }
2022
2023 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2024                                                         unsigned int alloc_flags)
2025 {
2026         int i;
2027
2028         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2029
2030         if (!free_pages_prezeroed() && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
2031                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
2032                         clear_highpage(page + i);
2033
2034         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2035                 prep_compound_page(page, order);
2036
2037         /*
2038          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2039          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2040          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2041          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2042          */
2043         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2044                 set_page_pfmemalloc(page);
2045         else
2046                 clear_page_pfmemalloc(page);
2047 }
2048
2049 /*
2050  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2051  * the smallest available page from the freelists
2052  */
2053 static __always_inline
2054 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2055                                                 int migratetype)
2056 {
2057         unsigned int current_order;
2058         struct free_area *area;
2059         struct page *page;
2060
2061         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2062         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2063                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2064                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
2065                                                         struct page, lru);
2066                 if (!page)
2067                         continue;
2068                 list_del(&page->lru);
2069                 rmv_page_order(page);
2070                 area->nr_free--;
2071                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
2072                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2073                 return page;
2074         }
2075
2076         return NULL;
2077 }
2078
2079
2080 /*
2081  * This array describes the order lists are fallen back to when
2082  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2083  */
2084 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2085         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2086         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2087         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2088 #ifdef CONFIG_CMA
2089         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2090 #endif
2091 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2092         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2093 #endif
2094 };
2095
2096 #ifdef CONFIG_CMA
2097 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2098                                         unsigned int order)
2099 {
2100         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2101 }
2102 #else
2103 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2104                                         unsigned int order) { return NULL; }
2105 #endif
2106
2107 /*
2108  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2109  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2110  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2111  */
2112 static int move_freepages(struct zone *zone,
2113                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2114                           int migratetype, int *num_movable)
2115 {
2116         struct page *page;
2117         unsigned int order;
2118         int pages_moved = 0;
2119
2120 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
2121         /*
2122          * page_zone is not safe to call in this context when
2123          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
2124          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
2125          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
2126          * grouping pages by mobility
2127          */
2128         VM_BUG_ON(pfn_valid(page_to_pfn(start_page)) &&
2129                   pfn_valid(page_to_pfn(end_page)) &&
2130                   page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
2131 #endif
2132         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2133                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2134                         page++;
2135                         continue;
2136                 }
2137
2138                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2139                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2140
2141                 if (!PageBuddy(page)) {
2142                         /*
2143                          * We assume that pages that could be isolated for
2144                          * migration are movable. But we don't actually try
2145                          * isolating, as that would be expensive.
2146                          */
2147                         if (num_movable &&
2148                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2149                                 (*num_movable)++;
2150
2151                         page++;
2152                         continue;
2153                 }
2154
2155                 order = page_order(page);
2156                 list_move(&page->lru,
2157                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
2158                 page += 1 << order;
2159                 pages_moved += 1 << order;
2160         }
2161
2162         return pages_moved;
2163 }
2164
2165 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2166                                 int migratetype, int *num_movable)
2167 {
2168         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2169         struct page *start_page, *end_page;
2170
2171         if (num_movable)
2172                 *num_movable = 0;
2173
2174         start_pfn = page_to_pfn(page);
2175         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2176         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2177         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2178         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2179
2180         /* Do not cross zone boundaries */
2181         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2182                 start_page = page;
2183         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2184                 return 0;
2185
2186         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2187                                                                 num_movable);
2188 }
2189
2190 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2191                                         int start_order, int migratetype)
2192 {
2193         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2194
2195         while (nr_pageblocks--) {
2196                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2197                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2198         }
2199 }
2200
2201 /*
2202  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2203  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2204  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2205  *
2206  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2207  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2208  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2209  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2210  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2211  * pageblocks.
2212  */
2213 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2214 {
2215         /*
2216          * Leaving this order check is intended, although there is
2217          * relaxed order check in next check. The reason is that
2218          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2219          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2220          * so could be changed anytime.
2221          */
2222         if (order >= pageblock_order)
2223                 return true;
2224
2225         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2226                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2227                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2228                 page_group_by_mobility_disabled)
2229                 return true;
2230
2231         return false;
2232 }
2233
2234 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2235 {
2236         unsigned long max_boost;
2237
2238         if (!watermark_boost_factor)
2239                 return;
2240
2241         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2242                         watermark_boost_factor, 10000);
2243
2244         /*
2245          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2246          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2247          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2248          * allocations that early means that reclaim is not going
2249          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2250          * boosted watermark resulting in a hang.
2251          */
2252         if (!max_boost)
2253                 return;
2254
2255         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2256
2257         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2258                 max_boost);
2259 }
2260
2261 /*
2262  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2263  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2264  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2265  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2266  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2267  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2268  */
2269 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2270                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2271 {
2272         unsigned int current_order = page_order(page);
2273         struct free_area *area;
2274         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2275         int old_block_type;
2276
2277         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2278
2279         /*
2280          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2281          * highatomic accounting.
2282          */
2283         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2284                 goto single_page;
2285
2286         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2287         if (current_order >= pageblock_order) {
2288                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2289                 goto single_page;
2290         }
2291
2292         /*
2293          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2294          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2295          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2296          */
2297         boost_watermark(zone);
2298         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2299                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2300
2301         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2302         if (!whole_block)
2303                 goto single_page;
2304
2305         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2306                                                 &movable_pages);
2307         /*
2308          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2309          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2310          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2311          */
2312         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2313                 alike_pages = movable_pages;
2314         } else {
2315                 /*
2316                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2317                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2318                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2319                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2320                  * exact migratetype of non-movable pages.
2321                  */
2322                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2323                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2324                                                 - (free_pages + movable_pages);
2325                 else
2326                         alike_pages = 0;
2327         }
2328
2329         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2330         if (!free_pages)
2331                 goto single_page;
2332
2333         /*
2334          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2335          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2336          */
2337         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2338                         page_group_by_mobility_disabled)
2339                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2340
2341         return;
2342
2343 single_page:
2344         area = &zone->free_area[current_order];
2345         list_move(&page->lru, &area->free_list[start_type]);
2346 }
2347
2348 /*
2349  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2350  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2351  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2352  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2353  */
2354 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2355                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2356 {
2357         int i;
2358         int fallback_mt;
2359
2360         if (area->nr_free == 0)
2361                 return -1;
2362
2363         *can_steal = false;
2364         for (i = 0;; i++) {
2365                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2366                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2367                         break;
2368
2369                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
2370                         continue;
2371
2372                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2373                         *can_steal = true;
2374
2375                 if (!only_stealable)
2376                         return fallback_mt;
2377
2378                 if (*can_steal)
2379                         return fallback_mt;
2380         }
2381
2382         return -1;
2383 }
2384
2385 /*
2386  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2387  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2388  */
2389 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2390                                 unsigned int alloc_order)
2391 {
2392         int mt;
2393         unsigned long max_managed, flags;
2394
2395         /*
2396          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2397          * Check is race-prone but harmless.
2398          */
2399         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2400         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2401                 return;
2402
2403         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2404
2405         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2406         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2407                 goto out_unlock;
2408
2409         /* Yoink! */
2410         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2411         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2412             && !is_migrate_cma(mt)) {
2413                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2414                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2415                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2416         }
2417
2418 out_unlock:
2419         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2420 }
2421
2422 /*
2423  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2424  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2425  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2426  * to recover from than an OOM.
2427  *
2428  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2429  * pageblock is exhausted.
2430  */
2431 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2432                                                 bool force)
2433 {
2434         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2435         unsigned long flags;
2436         struct zoneref *z;
2437         struct zone *zone;
2438         struct page *page;
2439         int order;
2440         bool ret;
2441
2442         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2443                                                                 ac->nodemask) {
2444                 /*
2445                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2446                  * is really high.
2447                  */
2448                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2449                                         pageblock_nr_pages)
2450                         continue;
2451
2452                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2453                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2454                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2455
2456                         page = list_first_entry_or_null(
2457                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2458                                         struct page, lru);
2459                         if (!page)
2460                                 continue;
2461
2462                         /*
2463                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2464                          * we can counter several free pages in a pageblock
2465                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2466                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2467                          * adjust the count once.
2468                          */
2469                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2470                                 /*
2471                                  * It should never happen but changes to
2472                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2473                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2474                                  * while unreserving so be safe and watch for
2475                                  * underflows.
2476                                  */
2477                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2478                                                 pageblock_nr_pages,
2479                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2480                         }
2481
2482                         /*
2483                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2484                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2485                          * is doing the work and needs the pages. More
2486                          * importantly, if the block was always converted to
2487                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2488                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2489                          * may increase.
2490                          */
2491                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2492                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2493                                                                         NULL);
2494                         if (ret) {
2495                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2496                                 return ret;
2497                         }
2498                 }
2499                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2500         }
2501
2502         return false;
2503 }
2504
2505 /*
2506  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2507  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2508  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2509  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2510  *
2511  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2512  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2513  * condition simpler.
2514  */
2515 static __always_inline bool
2516 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2517                                                 unsigned int alloc_flags)
2518 {
2519         struct free_area *area;
2520         int current_order;
2521         int min_order = order;
2522         struct page *page;
2523         int fallback_mt;
2524         bool can_steal;
2525
2526         /*
2527          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2528          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2529          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2530          */
2531         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2532                 min_order = pageblock_order;
2533
2534         /*
2535          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2536          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2537          * would be too costly to do exactly.
2538          */
2539         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2540                                 --current_order) {
2541                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2542                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2543                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2544                 if (fallback_mt == -1)
2545                         continue;
2546
2547                 /*
2548                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2549                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2550                  * steal and split the smallest available page instead of the
2551                  * largest available page, because even if the next movable
2552                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2553                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2554                  */
2555                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2556                                         && current_order > order)
2557                         goto find_smallest;
2558
2559                 goto do_steal;
2560         }
2561
2562         return false;
2563
2564 find_smallest:
2565         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2566                                                         current_order++) {
2567                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2568                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2569                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2570                 if (fallback_mt != -1)
2571                         break;
2572         }
2573
2574         /*
2575          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2576          * when looking for the largest page.
2577          */
2578         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2579
2580 do_steal:
2581         page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2582                                                         struct page, lru);
2583
2584         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2585                                                                 can_steal);
2586
2587         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2588                 start_migratetype, fallback_mt);
2589
2590         return true;
2591
2592 }
2593
2594 /*
2595  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2596  * Call me with the zone->lock already held.
2597  */
2598 static __always_inline struct page *
2599 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2600                                                 unsigned int alloc_flags)
2601 {
2602         struct page *page;
2603
2604 retry:
2605         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2606         if (unlikely(!page)) {
2607                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2608                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2609
2610                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2611                                                                 alloc_flags))
2612                         goto retry;
2613         }
2614
2615         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2616         return page;
2617 }
2618
2619 /*
2620  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2621  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2622  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2623  */
2624 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2625                         unsigned long count, struct list_head *list,
2626                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2627 {
2628         int i, alloced = 0;
2629
2630         spin_lock(&zone->lock);
2631         for (i = 0; i < count; ++i) {
2632                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2633                                                                 alloc_flags);
2634                 if (unlikely(page == NULL))
2635                         break;
2636
2637                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2638                         continue;
2639
2640                 /*
2641                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2642                  * physical page order. The page is added to the tail of
2643                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2644                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2645                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2646                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2647                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2648                  * pages are ordered properly.
2649                  */
2650                 list_add_tail(&page->lru, list);
2651                 alloced++;
2652                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2653                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2654                                               -(1 << order));
2655         }
2656
2657         /*
2658          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2659          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2660          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2661          * pages added to the pcp list.
2662          */
2663         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2664         spin_unlock(&zone->lock);
2665         return alloced;
2666 }
2667
2668 #ifdef CONFIG_NUMA
2669 /*
2670  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2671  * currently executing processor on remote nodes after they have
2672  * expired.
2673  *
2674  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2675  * a single processor.
2676  */
2677 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2678 {
2679         unsigned long flags;
2680         int to_drain, batch;
2681
2682         local_irq_save(flags);
2683         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2684         to_drain = min(pcp->count, batch);
2685         if (to_drain > 0)
2686                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2687         local_irq_restore(flags);
2688 }
2689 #endif
2690
2691 /*
2692  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2693  *
2694  * The processor must either be the current processor and the
2695  * thread pinned to the current processor or a processor that
2696  * is not online.
2697  */
2698 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2699 {
2700         unsigned long flags;
2701         struct per_cpu_pageset *pset;
2702         struct per_cpu_pages *pcp;
2703
2704         local_irq_save(flags);
2705         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2706
2707         pcp = &pset->pcp;
2708         if (pcp->count)
2709                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2710         local_irq_restore(flags);
2711 }
2712
2713 /*
2714  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2715  *
2716  * The processor must either be the current processor and the
2717  * thread pinned to the current processor or a processor that
2718  * is not online.
2719  */
2720 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2721 {
2722         struct zone *zone;
2723
2724         for_each_populated_zone(zone) {
2725                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2726         }
2727 }
2728
2729 /*
2730  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2731  *
2732  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2733  * the single zone's pages.
2734  */
2735 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2736 {
2737         int cpu = smp_processor_id();
2738
2739         if (zone)
2740                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2741         else
2742                 drain_pages(cpu);
2743 }
2744
2745 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2746 {
2747         struct pcpu_drain *drain;
2748
2749         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2750
2751         /*
2752          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2753          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2754          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2755          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2756          * a different one.
2757          */
2758         preempt_disable();
2759         drain_local_pages(drain->zone);
2760         preempt_enable();
2761 }
2762
2763 /*
2764  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2765  *
2766  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2767  *
2768  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2769  */
2770 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2771 {
2772         int cpu;
2773
2774         /*
2775          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2776          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2777          */
2778         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2779
2780         /*
2781          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2782          * initialized.
2783          */
2784         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2785                 return;
2786
2787         /*
2788          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2789          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2790          * the drain to be complete when the call returns.
2791          */
2792         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2793                 if (!zone)
2794                         return;
2795                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2796         }
2797
2798         /*
2799          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2800          * as offline notification will cause the notified
2801          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2802          * disables preemption as part of its processing
2803          */
2804         for_each_online_cpu(cpu) {
2805                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2806                 struct zone *z;
2807                 bool has_pcps = false;
2808
2809                 if (zone) {
2810                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2811                         if (pcp->pcp.count)
2812                                 has_pcps = true;
2813                 } else {
2814                         for_each_populated_zone(z) {
2815                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2816                                 if (pcp->pcp.count) {
2817                                         has_pcps = true;
2818                                         break;
2819                                 }
2820                         }
2821                 }
2822
2823                 if (has_pcps)
2824                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2825                 else
2826                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2827         }
2828
2829         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2830                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2831
2832                 drain->zone = zone;
2833                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
2834                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
2835         }
2836         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2837                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
2838
2839         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2840 }
2841
2842 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2843
2844 /*
2845  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2846  */
2847 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2848
2849 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2850 {
2851         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2852         unsigned long flags;
2853         unsigned int order, t;
2854         struct page *page;
2855
2856         if (zone_is_empty(zone))
2857                 return;
2858
2859         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2860
2861         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2862         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2863                 if (pfn_valid(pfn)) {
2864                         page = pfn_to_page(pfn);
2865
2866                         if (!--page_count) {
2867                                 touch_nmi_watchdog();
2868                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2869                         }
2870
2871                         if (page_zone(page) != zone)
2872                                 continue;
2873
2874                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2875                                 swsusp_unset_page_free(page);
2876                 }
2877
2878         for_each_migratetype_order(order, t) {
2879                 list_for_each_entry(page,
2880                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2881                         unsigned long i;
2882
2883                         pfn = page_to_pfn(page);
2884                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2885                                 if (!--page_count) {
2886                                         touch_nmi_watchdog();
2887                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2888                                 }
2889                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2890                         }
2891                 }
2892         }
2893         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2894 }
2895 #endif /* CONFIG_PM */
2896
2897 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
2898 {
2899         int migratetype;
2900
2901         if (!free_pcp_prepare(page))
2902                 return false;
2903
2904         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2905         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2906         return true;
2907 }
2908
2909 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
2910 {
2911         struct zone *zone = page_zone(page);
2912         struct per_cpu_pages *pcp;
2913         int migratetype;
2914
2915         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2916         __count_vm_event(PGFREE);
2917
2918         /*
2919          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2920          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2921          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2922          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2923          * excessively into the page allocator
2924          */
2925         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2926                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2927                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2928                         return;
2929                 }
2930                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2931         }
2932
2933         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2934         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2935         pcp->count++;
2936         if (pcp->count >= pcp->high) {
2937                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2938                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2939         }
2940 }
2941
2942 /*
2943  * Free a 0-order page
2944  */
2945 void free_unref_page(struct page *page)
2946 {
2947         unsigned long flags;
2948         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2949
2950         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2951                 return;
2952
2953         local_irq_save(flags);
2954         free_unref_page_commit(page, pfn);
2955         local_irq_restore(flags);
2956 }
2957
2958 /*
2959  * Free a list of 0-order pages
2960  */
2961 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
2962 {
2963         struct page *page, *next;
2964         unsigned long flags, pfn;
2965         int batch_count = 0;
2966
2967         /* Prepare pages for freeing */
2968         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2969                 pfn = page_to_pfn(page);
2970                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2971                         list_del(&page->lru);
2972                 set_page_private(page, pfn);
2973         }
2974
2975         local_irq_save(flags);
2976         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2977                 unsigned long pfn = page_private(page);
2978
2979                 set_page_private(page, 0);
2980                 trace_mm_page_free_batched(page);
2981                 free_unref_page_commit(page, pfn);
2982
2983                 /*
2984                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
2985                  * a large list of pages to free.
2986                  */
2987                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
2988                         local_irq_restore(flags);
2989                         batch_count = 0;
2990                         local_irq_save(flags);
2991                 }
2992         }
2993         local_irq_restore(flags);
2994 }
2995
2996 /*
2997  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2998  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2999  * Each sub-page must be freed individually.
3000  *
3001  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3002  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3003  */
3004 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3005 {
3006         int i;
3007
3008         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3009         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3010
3011         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3012                 set_page_refcounted(page + i);
3013         split_page_owner(page, order);
3014 }
3015 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3016
3017 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3018 {
3019         unsigned long watermark;
3020         struct zone *zone;
3021         int mt;
3022
3023         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3024
3025         zone = page_zone(page);
3026         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3027
3028         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3029                 /*
3030                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3031                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3032                  * watermark, because we already know our high-order page
3033                  * exists.
3034                  */
3035                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3036                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3037                         return 0;
3038
3039                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3040         }
3041
3042         /* Remove page from free list */
3043         list_del(&page->lru);
3044         zone->free_area[order].nr_free--;
3045         rmv_page_order(page);
3046
3047         /*
3048          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3049          * pageblock
3050          */
3051         if (order >= pageblock_order - 1) {
3052                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3053                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3054                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3055                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3056                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3057                                 set_pageblock_migratetype(page,
3058                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3059                 }
3060         }
3061
3062
3063         return 1UL << order;
3064 }
3065
3066 /*
3067  * Update NUMA hit/miss statistics
3068  *
3069  * Must be called with interrupts disabled.
3070  */
3071 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3072 {
3073 #ifdef CONFIG_NUMA
3074         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3075
3076         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3077         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3078                 return;
3079
3080         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3081                 local_stat = NUMA_OTHER;
3082
3083         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3084                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3085         else {
3086                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3087                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3088         }
3089         __inc_numa_state(z, local_stat);
3090 #endif
3091 }
3092
3093 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3094 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3095                         unsigned int alloc_flags,
3096                         struct per_cpu_pages *pcp,
3097                         struct list_head *list)
3098 {
3099         struct page *page;
3100
3101         do {
3102                 if (list_empty(list)) {
3103                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3104                                         pcp->batch, list,
3105                                         migratetype, alloc_flags);
3106                         if (unlikely(list_empty(list)))
3107                                 return NULL;
3108                 }
3109
3110                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3111                 list_del(&page->lru);
3112                 pcp->count--;
3113         } while (check_new_pcp(page));
3114
3115         return page;
3116 }
3117
3118 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3119 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3120                         struct zone *zone, unsigned int order,
3121                         gfp_t gfp_flags, int migratetype,
3122                         unsigned int alloc_flags)
3123 {
3124         struct per_cpu_pages *pcp;
3125         struct list_head *list;
3126         struct page *page;
3127         unsigned long flags;
3128
3129         local_irq_save(flags);
3130         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3131         list = &pcp->lists[migratetype];
3132         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3133         if (page) {
3134                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3135                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3136         }
3137         local_irq_restore(flags);
3138         return page;
3139 }
3140
3141 /*
3142  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3143  */
3144 static inline
3145 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3146                         struct zone *zone, unsigned int order,
3147                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3148                         int migratetype)
3149 {
3150         unsigned long flags;
3151         struct page *page;
3152
3153         if (likely(order == 0)) {
3154                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3155                                 gfp_flags, migratetype, alloc_flags);
3156                 goto out;
3157         }
3158
3159         /*
3160          * We most definitely don't want callers attempting to
3161          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3162          */
3163         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3164         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3165
3166         do {
3167                 page = NULL;
3168                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3169                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3170                         if (page)
3171                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3172                 }
3173                 if (!page)
3174                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3175         } while (page && check_new_pages(page, order));
3176         spin_unlock(&zone->lock);
3177         if (!page)
3178                 goto failed;
3179         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3180                                   get_pcppage_migratetype(page));
3181
3182         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3183         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3184         local_irq_restore(flags);
3185
3186 out:
3187         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3188         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3189                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3190                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3191         }
3192
3193         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3194         return page;
3195
3196 failed:
3197         local_irq_restore(flags);
3198         return NULL;
3199 }
3200
3201 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3202
3203 static struct {
3204         struct fault_attr attr;
3205
3206         bool ignore_gfp_highmem;
3207         bool ignore_gfp_reclaim;
3208         u32 min_order;
3209 } fail_page_alloc = {
3210         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3211         .ignore_gfp_reclaim = true,
3212         .ignore_gfp_highmem = true,
3213         .min_order = 1,
3214 };
3215
3216 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3217 {
3218         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3219 }
3220 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3221
3222 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3223 {
3224         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3225                 return false;
3226         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3227                 return false;
3228         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3229                 return false;
3230         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3231                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3232                 return false;
3233
3234         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3235 }
3236
3237 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3238
3239 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3240 {
3241         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3242         struct dentry *dir;
3243
3244         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3245                                         &fail_page_alloc.attr);
3246
3247         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3248                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3249         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3250                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3251         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3252
3253         return 0;
3254 }
3255
3256 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3257
3258 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3259
3260 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3261
3262 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3263 {
3264         return false;
3265 }
3266
3267 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3268
3269 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3270 {
3271         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3272 }
3273 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3274
3275 /*
3276  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3277  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3278  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3279  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3280  */
3281 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3282                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3283                          long free_pages)
3284 {
3285         long min = mark;
3286         int o;
3287         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3288
3289         /* free_pages may go negative - that's OK */
3290         free_pages -= (1 << order) - 1;
3291
3292         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3293                 min -= min / 2;
3294
3295         /*
3296          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3297          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3298          * atomic reserve but it avoids a search.
3299          */
3300         if (likely(!alloc_harder)) {
3301                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3302         } else {
3303                 /*
3304                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3305                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3306                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3307                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3308                  */
3309                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3310                         min -= min / 2;
3311                 else
3312                         min -= min / 4;
3313         }
3314
3315
3316 #ifdef CONFIG_CMA
3317         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3318         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3319                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3320 #endif
3321
3322         /*
3323          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3324          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3325          * even if a suitable page happened to be free.
3326          */
3327         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3328                 return false;
3329
3330         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3331         if (!order)
3332                 return true;
3333
3334         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3335         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3336                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3337                 int mt;
3338
3339                 if (!area->nr_free)
3340                         continue;
3341
3342                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3343                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
3344                                 return true;
3345                 }
3346
3347 #ifdef CONFIG_CMA
3348                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3349                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
3350                         return true;
3351                 }
3352 #endif
3353                 if (alloc_harder &&
3354                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3355                         return true;
3356         }
3357         return false;
3358 }
3359
3360 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3361                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3362 {
3363         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3364                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3365 }
3366
3367 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3368                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3369 {
3370         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3371         long cma_pages = 0;
3372
3373 #ifdef CONFIG_CMA
3374         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3375         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3376                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3377 #endif
3378
3379         /*
3380          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3381          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3382          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3383          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3384          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3385          */
3386         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3387                 return true;
3388
3389         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3390                                         free_pages);
3391 }
3392
3393 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3394                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3395 {
3396         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3397
3398         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3399                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3400
3401         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3402                                                                 free_pages);
3403 }
3404
3405 #ifdef CONFIG_NUMA
3406 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3407 {
3408         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3409                                 RECLAIM_DISTANCE;
3410 }
3411 #else   /* CONFIG_NUMA */
3412 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3413 {
3414         return true;
3415 }
3416 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3417
3418 /*
3419  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3420  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3421  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3422  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3423  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3424  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3425  */
3426 static inline unsigned int
3427 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3428 {
3429         unsigned int alloc_flags = 0;
3430
3431         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3432                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
3433
3434 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3435         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3436                 goto out;
3437
3438         /*
3439          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3440          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3441          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3442          */
3443         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3444         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3445                 goto out;
3446
3447 out:
3448 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3449         return alloc_flags;
3450 }
3451
3452 /*
3453  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3454  * a page.
3455  */
3456 static struct page *
3457 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3458                                                 const struct alloc_context *ac)
3459 {
3460         struct zoneref *z;
3461         struct zone *zone;
3462         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3463         bool no_fallback;
3464
3465 retry:
3466         /*
3467          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3468          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3469          */
3470         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3471         z = ac->preferred_zoneref;
3472         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3473                                                                 ac->nodemask) {
3474                 struct page *page;
3475                 unsigned long mark;
3476
3477                 if (cpusets_enabled() &&
3478                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3479                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3480                                 continue;
3481                 /*
3482                  * When allocating a page cache page for writing, we
3483                  * want to get it from a node that is within its dirty
3484                  * limit, such that no single node holds more than its
3485                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3486                  * The dirty limits take into account the node's
3487                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3488                  * should be able to balance it without having to
3489                  * write pages from its LRU list.
3490                  *
3491                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3492                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3493                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3494                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3495                  * nodes are together not big enough to reach the
3496                  * global limit.  The proper fix for these situations
3497                  * will require awareness of nodes in the
3498                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3499                  */
3500                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3501                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3502                                 continue;
3503
3504                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3505                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3506                                 continue;
3507                         }
3508                 }
3509
3510                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3511                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3512                         int local_nid;
3513
3514                         /*
3515                          * If moving to a remote node, retry but allow
3516                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3517                          * than fragmentation avoidance.
3518                          */
3519                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3520                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3521                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3522                                 goto retry;
3523                         }
3524                 }
3525
3526                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3527                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3528                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3529                         int ret;
3530
3531 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3532                         /*
3533                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3534                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3535                          */
3536                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3537                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3538                                         goto try_this_zone;
3539                         }
3540 #endif
3541                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3542                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3543                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3544                                 goto try_this_zone;
3545
3546                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3547                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3548                                 continue;
3549
3550                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3551                         switch (ret) {
3552                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3553                                 /* did not scan */
3554                                 continue;
3555                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3556                                 /* scanned but unreclaimable */
3557                                 continue;
3558                         default:
3559                                 /* did we reclaim enough */
3560                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3561                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3562                                         goto try_this_zone;
3563
3564                                 continue;
3565                         }
3566                 }
3567
3568 try_this_zone:
3569                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3570                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3571                 if (page) {
3572                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3573
3574                         /*
3575                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3576                          * if the pageblock should be reserved for the future
3577                          */
3578                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3579                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3580
3581                         return page;
3582                 } else {
3583 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3584                         /* Try again if zone has deferred pages */
3585                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3586                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3587                                         goto try_this_zone;
3588                         }
3589 #endif
3590                 }
3591         }
3592
3593         /*
3594          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3595          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3596          */
3597         if (no_fallback) {
3598                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3599                 goto retry;
3600         }
3601
3602         return NULL;
3603 }
3604
3605 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3606 {
3607         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3608         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3609
3610         if (!__ratelimit(&show_mem_rs))
3611                 return;
3612
3613         /*
3614          * This documents exceptions given to allocations in certain
3615          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3616          * of allowed nodes.
3617          */
3618         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3619                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3620                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3621                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3622         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3623                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3624
3625         show_mem(filter, nodemask);
3626 }
3627
3628 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3629 {
3630         struct va_format vaf;
3631         va_list args;
3632         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3633                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3634
3635         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3636                 return;
3637
3638         va_start(args, fmt);
3639         vaf.fmt = fmt;
3640         vaf.va = &args;
3641         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3642                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3643                         nodemask_pr_args(nodemask));
3644         va_end(args);
3645
3646         cpuset_print_current_mems_allowed();
3647         pr_cont("\n");
3648         dump_stack();
3649         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3650 }
3651
3652 static inline struct page *
3653 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3654                               unsigned int alloc_flags,
3655                               const struct alloc_context *ac)
3656 {
3657         struct page *page;
3658
3659         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3660                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3661         /*
3662          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3663          * are depleted
3664          */
3665         if (!page)
3666                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3667                                 alloc_flags, ac);
3668
3669         return page;
3670 }
3671
3672 static inline struct page *
3673 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3674         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3675 {
3676         struct oom_control oc = {
3677                 .zonelist = ac->zonelist,
3678                 .nodemask = ac->nodemask,
3679                 .memcg = NULL,
3680                 .gfp_mask = gfp_mask,
3681                 .order = order,
3682         };
3683         struct page *page;
3684
3685         *did_some_progress = 0;
3686
3687         /*
3688          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3689          * making progress for us.
3690          */
3691         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3692                 *did_some_progress = 1;
3693                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3694                 return NULL;
3695         }
3696
3697         /*
3698          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3699          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3700          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3701          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3702          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3703          */
3704         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3705                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3706                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3707         if (page)
3708                 goto out;
3709
3710         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3711         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3712                 goto out;
3713         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3714         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3715                 goto out;
3716         /*
3717          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3718          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3719          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3720          * fallback than shooting a random task.
3721          */
3722         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3723                 goto out;
3724         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3725         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3726                 goto out;
3727         if (pm_suspended_storage())
3728                 goto out;
3729         /*
3730          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3731          * other request to make a forward progress.
3732          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3733          * do much for this context but let's try it to at least get
3734          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3735          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3736          * failures more gracefully we should just bail out here.
3737          */
3738
3739         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3740         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3741                 goto out;
3742
3743         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3744         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3745                 *did_some_progress = 1;
3746
3747                 /*
3748                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3749                  * reserves
3750                  */
3751                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3752                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3753                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3754         }
3755 out:
3756         mutex_unlock(&oom_lock);
3757         return page;
3758 }
3759
3760 /*
3761  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3762  * killer is consider as the only way to move forward.
3763  */
3764 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3765
3766 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3767 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3768 static struct page *
3769 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3770                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3771                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3772 {
3773         struct page *page = NULL;
3774         unsigned long pflags;
3775         unsigned int noreclaim_flag;
3776
3777         if (!order)
3778                 return NULL;
3779
3780         psi_memstall_enter(&pflags);
3781         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3782
3783         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3784                                                                 prio, &page);
3785
3786         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3787         psi_memstall_leave(&pflags);
3788
3789         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE) {
3790                 WARN_ON_ONCE(page);
3791                 return NULL;
3792         }
3793
3794         /*
3795          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3796          * count a compaction stall
3797          */
3798         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3799
3800         /* Prep a captured page if available */
3801         if (page)
3802                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3803
3804         /* Try get a page from the freelist if available */
3805         if (!page)
3806                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3807
3808         if (page) {
3809                 struct zone *zone = page_zone(page);
3810
3811                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3812                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3813                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3814                 return page;
3815         }
3816
3817         /*
3818          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3819          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3820          */
3821         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3822
3823         cond_resched();
3824
3825         return NULL;
3826 }
3827
3828 static inline bool
3829 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3830                      enum compact_result compact_result,
3831                      enum compact_priority *compact_priority,
3832                      int *compaction_retries)
3833 {
3834         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3835         int min_priority;
3836         bool ret = false;
3837         int retries = *compaction_retries;
3838         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3839
3840         if (!order)
3841                 return false;
3842
3843         if (compaction_made_progress(compact_result))
3844                 (*compaction_retries)++;
3845
3846         /*
3847          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3848          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3849          * failure could be caused by insufficient priority
3850          */
3851         if (compaction_failed(compact_result))
3852                 goto check_priority;
3853
3854         /*
3855          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3856          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3857          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3858          * compaction.
3859          */
3860         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3861                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3862                 goto out;
3863         }
3864
3865         /*
3866          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3867          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3868          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3869          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3870          * would need much more detailed feedback from compaction to
3871          * make a better decision.
3872          */
3873         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3874                 max_retries /= 4;
3875         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3876                 ret = true;
3877                 goto out;
3878         }
3879
3880         /*
3881          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3882          * all retries or failed at the lower priorities.
3883          */
3884 check_priority:
3885         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3886                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3887
3888         if (*compact_priority > min_priority) {
3889                 (*compact_priority)--;
3890                 *compaction_retries = 0;
3891                 ret = true;
3892         }
3893 out:
3894         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3895         return ret;
3896 }
3897 #else
3898 static inline struct page *
3899 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3900                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3901                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3902 {
3903         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3904         return NULL;
3905 }
3906
3907 static inline bool
3908 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3909                      enum compact_result compact_result,
3910                      enum compact_priority *compact_priority,
3911                      int *compaction_retries)
3912 {
3913         struct zone *zone;
3914         struct zoneref *z;
3915
3916         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3917                 return false;
3918
3919         /*
3920          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3921          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3922          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3923          * watermarks are OK.
3924          */
3925         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3926                                         ac->nodemask) {
3927                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3928                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3929                         return true;
3930         }
3931         return false;
3932 }
3933 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3934
3935 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3936 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3937         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3938
3939 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3940 {
3941         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3942
3943         /* no reclaim without waiting on it */
3944         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3945                 return false;
3946
3947         /* this guy won't enter reclaim */
3948         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3949                 return false;
3950
3951         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
3952         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
3953                 return false;
3954
3955         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3956                 return false;
3957
3958         return true;
3959 }
3960
3961 void __fs_reclaim_acquire(void)
3962 {
3963         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
3964 }
3965
3966 void __fs_reclaim_release(void)
3967 {
3968         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
3969 }
3970
3971 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3972 {
3973         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
3974                 __fs_reclaim_acquire();
3975 }
3976 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
3977
3978 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
3979 {
3980         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
3981                 __fs_reclaim_release();
3982 }
3983 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
3984 #endif
3985
3986 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3987 static int
3988 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3989                                         const struct alloc_context *ac)
3990 {
3991         struct reclaim_state reclaim_state;
3992         int progress;
3993         unsigned int noreclaim_flag;
3994         unsigned long pflags;
3995
3996         cond_resched();
3997
3998         /* We now go into synchronous reclaim */
3999         cpuset_memory_pressure_bump();
4000         psi_memstall_enter(&pflags);
4001         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4002         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4003         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
4004         current->reclaim_state = &reclaim_state;
4005
4006         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4007                                                                 ac->nodemask);
4008
4009         current->reclaim_state = NULL;
4010         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4011         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4012         psi_memstall_leave(&pflags);
4013
4014         cond_resched();
4015
4016         return progress;
4017 }
4018
4019 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4020 static inline struct page *
4021 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4022                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4023                 unsigned long *did_some_progress)
4024 {
4025         struct page *page = NULL;
4026         bool drained = false;
4027
4028         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4029         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4030                 return NULL;
4031
4032 retry:
4033         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4034
4035         /*
4036          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4037          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4038          * Shrink them them and try again
4039          */
4040         if (!page && !drained) {
4041                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4042                 drain_all_pages(NULL);
4043                 drained = true;
4044                 goto retry;
4045         }
4046
4047         return page;
4048 }
4049
4050 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4051                              const struct alloc_context *ac)
4052 {
4053         struct zoneref *z;
4054         struct zone *zone;
4055         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4056         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
4057
4058         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
4059                                         ac->nodemask) {
4060                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4061                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
4062                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4063         }
4064 }
4065
4066 static inline unsigned int
4067 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4068 {
4069         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4070
4071         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
4072         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4073
4074         /*
4075          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4076          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4077          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4078          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4079          */
4080         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
4081
4082         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4083                 /*
4084                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4085                  * if it can't schedule.
4086                  */
4087                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4088                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4089                 /*
4090                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4091                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4092                  */
4093                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4094         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4095                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4096
4097         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4098                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
4099
4100 #ifdef CONFIG_CMA
4101         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4102                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4103 #endif
4104         return alloc_flags;
4105 }
4106
4107 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4108 {
4109         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4110                 return false;
4111
4112         /*
4113          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4114          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4115          */
4116         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4117                 return false;
4118
4119         return true;
4120 }
4121
4122 /*
4123  * Distinguish requests which really need access to full memory
4124  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4125  */
4126 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4127 {
4128         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4129                 return 0;
4130         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4131                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4132         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4133                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4134         if (!in_interrupt()) {
4135                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4136                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4137                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4138                         return ALLOC_OOM;
4139         }
4140
4141         return 0;
4142 }
4143
4144 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4145 {
4146         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4147 }
4148
4149 /*
4150  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4151  * for the given allocation request.
4152  *
4153  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4154  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4155  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4156  *
4157  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4158  */
4159 static inline bool
4160 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4161                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4162                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4163 {
4164         struct zone *zone;
4165         struct zoneref *z;
4166         bool ret = false;
4167
4168         /*
4169          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4170          * their order will become available due to high fragmentation so
4171          * always increment the no progress counter for them
4172          */
4173         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4174                 *no_progress_loops = 0;
4175         else
4176                 (*no_progress_loops)++;
4177
4178         /*
4179          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4180          * several times in the row.
4181          */
4182         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4183                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4184                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4185         }
4186
4187         /*
4188          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4189          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4190          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4191          * screwed and have to go OOM.
4192          */
4193         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4194                                         ac->nodemask) {
4195                 unsigned long available;
4196                 unsigned long reclaimable;
4197                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4198                 bool wmark;
4199
4200                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4201                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4202
4203                 /*
4204                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4205                  * reclaimable pages?
4206                  */
4207                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4208                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
4209                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4210                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4211                 if (wmark) {
4212                         /*
4213                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4214                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4215                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4216                          * prevent from pre mature OOM
4217                          */
4218                         if (!did_some_progress) {
4219                                 unsigned long write_pending;
4220
4221                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4222                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4223
4224                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4225                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4226                                         return true;
4227                                 }
4228                         }
4229
4230                         ret = true;
4231                         goto out;
4232                 }
4233         }
4234
4235 out:
4236         /*
4237          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4238          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4239          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4240          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4241          * here rather than calling cond_resched().
4242          */
4243         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4244                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4245         else
4246                 cond_resched();
4247         return ret;
4248 }
4249
4250 static inline bool
4251 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4252 {
4253         /*
4254          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4255          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4256          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4257          * such a way the check therein was true, and then it became false
4258          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4259          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4260          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4261          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4262          * caller can deal with a violated nodemask.
4263          */
4264         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4265                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4266                 ac->nodemask = NULL;
4267                 return true;
4268         }
4269
4270         /*
4271          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4272          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4273          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4274          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4275          * retry.
4276          */
4277         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4278                 return true;
4279
4280         return false;
4281 }
4282
4283 static inline struct page *
4284 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4285                                                 struct alloc_context *ac)
4286 {
4287         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4288         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4289         struct page *page = NULL;
4290         unsigned int alloc_flags;
4291         unsigned long did_some_progress;
4292         enum compact_priority compact_priority;
4293         enum compact_result compact_result;
4294         int compaction_retries;
4295         int no_progress_loops;
4296         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4297         int reserve_flags;
4298
4299         /*
4300          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4301          * callers that are not in atomic context.
4302          */
4303         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4304                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4305                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4306
4307 retry_cpuset:
4308         compaction_retries = 0;
4309         no_progress_loops = 0;
4310         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4311         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4312
4313         /*
4314          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4315          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4316          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4317          */
4318         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4319
4320         /*
4321          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4322          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4323          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4324          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4325          */
4326         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4327                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4328         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4329                 goto nopage;
4330
4331         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4332                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4333
4334         /*
4335          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4336          * that first
4337          */
4338         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4339         if (page)
4340                 goto got_pg;
4341
4342         /*
4343          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4344          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4345          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4346          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4347          * same migratetype.
4348          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4349          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4350          */
4351         if (can_direct_reclaim &&
4352                         (costly_order ||
4353                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4354                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4355                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4356                                                 alloc_flags, ac,
4357                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4358                                                 &compact_result);
4359                 if (page)
4360                         goto got_pg;
4361
4362                 /*
4363                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4364                  * includes THP page fault allocations
4365                  */
4366                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4367                         /*
4368                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4369                          * it is because sync compaction recently failed. If
4370                          * this is the case and the caller requested a THP
4371                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4372                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4373                          * direct reclaim.
4374                          */
4375                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4376                                 goto nopage;
4377
4378                         /*
4379                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4380                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4381                          * using async compaction.
4382                          */
4383                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4384                 }
4385         }
4386
4387 retry:
4388         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4389         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4390                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4391
4392         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4393         if (reserve_flags)
4394                 alloc_flags = reserve_flags;
4395
4396         /*
4397          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4398          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4399          * user oriented.
4400          */
4401         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4402                 ac->nodemask = NULL;
4403                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4404                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4405         }
4406
4407         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4408         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4409         if (page)
4410                 goto got_pg;
4411
4412         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4413         if (!can_direct_reclaim)
4414                 goto nopage;
4415
4416         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4417         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4418                 goto nopage;
4419
4420         /* Try direct reclaim and then allocating */
4421         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4422                                                         &did_some_progress);
4423         if (page)
4424                 goto got_pg;
4425
4426         /* Try direct compaction and then allocating */
4427         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4428                                         compact_priority, &compact_result);
4429         if (page)
4430                 goto got_pg;
4431
4432         /* Do not loop if specifically requested */
4433         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4434                 goto nopage;
4435
4436         /*
4437          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4438          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4439          */
4440         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4441                 goto nopage;
4442
4443         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4444                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4445                 goto retry;
4446
4447         /*
4448          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4449          * reclaim is not able to make any progress because the current
4450          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4451          * of free memory (see __compaction_suitable)
4452          */
4453         if (did_some_progress > 0 &&
4454                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4455                                 compact_result, &compact_priority,
4456                                 &compaction_retries))
4457                 goto retry;
4458
4459
4460         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4461         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4462                 goto retry_cpuset;
4463
4464         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4465         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4466         if (page)
4467                 goto got_pg;
4468
4469         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4470         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4471             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4472              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4473                 goto nopage;
4474
4475         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4476         if (did_some_progress) {
4477                 no_progress_loops = 0;
4478                 goto retry;
4479         }
4480
4481 nopage:
4482         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4483         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4484                 goto retry_cpuset;
4485
4486         /*
4487          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4488          * we always retry
4489          */
4490         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4491                 /*
4492                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4493                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4494                  */
4495                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4496                         goto fail;
4497
4498                 /*
4499                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4500                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4501                  * for somebody to do a work for us
4502                  */
4503                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4504
4505                 /*
4506                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4507                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4508                  * so that we can identify them and convert them to something
4509                  * else.
4510                  */
4511                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4512
4513                 /*
4514                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4515                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4516                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4517                  * the situation worse
4518                  */
4519                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4520                 if (page)
4521                         goto got_pg;
4522
4523                 cond_resched();
4524                 goto retry;
4525         }
4526 fail:
4527         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4528                         "page allocation failure: order:%u", order);
4529 got_pg:
4530         return page;
4531 }
4532
4533 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4534                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4535                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4536                 unsigned int *alloc_flags)
4537 {
4538         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4539         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4540         ac->nodemask = nodemask;
4541         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4542
4543         if (cpusets_enabled()) {
4544                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4545                 if (!ac->nodemask)
4546                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4547                 else
4548                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4549         }
4550
4551         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4552         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4553
4554         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4555
4556         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4557                 return false;
4558
4559         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4560                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4561
4562         return true;
4563 }
4564
4565 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4566 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4567 {
4568         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4569         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4570
4571         /*
4572          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4573          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4574          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4575          */
4576         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4577                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4578 }
4579
4580 /*
4581  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4582  */
4583 struct page *
4584 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4585                                                         nodemask_t *nodemask)
4586 {
4587         struct page *page;
4588         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4589         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4590         struct alloc_context ac = { };
4591
4592         /*
4593          * There are several places where we assume that the order value is sane
4594          * so bail out early if the request is out of bound.
4595          */
4596         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4597                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4598                 return NULL;
4599         }
4600
4601         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4602         alloc_mask = gfp_mask;
4603         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4604                 return NULL;
4605
4606         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4607
4608         /*
4609          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4610          * memory until all local zones are considered.
4611          */
4612         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4613
4614         /* First allocation attempt */
4615         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4616         if (likely(page))
4617                 goto out;
4618
4619         /*
4620          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4621          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4622          * from a particular context which has been marked by
4623          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4624          */
4625         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4626         ac.spread_dirty_pages = false;
4627
4628         /*
4629          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4630          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4631          */
4632         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4633                 ac.nodemask = nodemask;
4634
4635         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4636
4637 out:
4638         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4639             unlikely(__memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4640                 __free_pages(page, order);
4641                 page = NULL;
4642         }
4643
4644         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4645
4646         return page;
4647 }
4648 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4649
4650 /*
4651  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4652  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4653  * you need to access high mem.
4654  */
4655 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4656 {
4657         struct page *page;
4658
4659         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4660         if (!page)
4661                 return 0;
4662         return (unsigned long) page_address(page);
4663 }
4664 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4665
4666 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4667 {
4668         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4669 }
4670 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4671
4672 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4673 {
4674         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4675                 free_unref_page(page);
4676         else
4677                 __free_pages_ok(page, order);
4678 }
4679
4680 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4681 {
4682         if (put_page_testzero(page))
4683                 free_the_page(page, order);
4684 }
4685 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4686
4687 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4688 {
4689         if (addr != 0) {
4690                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4691                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4692         }
4693 }
4694
4695 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4696
4697 /*
4698  * Page Fragment:
4699  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4700  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4701  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4702  *
4703  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4704  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4705  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4706  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4707  */
4708 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4709                                              gfp_t gfp_mask)
4710 {
4711         struct page *page = NULL;
4712         gfp_t gfp = gfp_mask;
4713
4714 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4715         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4716                     __GFP_NOMEMALLOC;
4717         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4718                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4719         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4720 #endif
4721         if (unlikely(!page))
4722                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4723
4724         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4725
4726         return page;
4727 }
4728
4729 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4730 {
4731         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4732
4733         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4734                 free_the_page(page, compound_order(page));
4735 }
4736 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4737
4738 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4739                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4740 {
4741         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4742         struct page *page;
4743         int offset;
4744
4745         if (unlikely(!nc->va)) {
4746 refill:
4747                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4748                 if (!page)
4749                         return NULL;
4750
4751 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4752                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4753                 size = nc->size;
4754 #endif
4755                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4756                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4757                  */
4758                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4759
4760                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4761                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4762                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4763                 nc->offset = size;
4764         }
4765
4766         offset = nc->offset - fragsz;
4767         if (unlikely(offset < 0)) {
4768                 page = virt_to_page(nc->va);
4769
4770                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4771                         goto refill;
4772
4773 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4774                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4775                 size = nc->size;
4776 #endif
4777                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4778                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4779
4780                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4781                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4782                 offset = size - fragsz;
4783         }
4784
4785         nc->pagecnt_bias--;
4786         nc->offset = offset;
4787
4788         return nc->va + offset;
4789 }
4790 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4791
4792 /*
4793  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4794  */
4795 void page_frag_free(void *addr)
4796 {
4797         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4798
4799         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4800                 free_the_page(page, compound_order(page));
4801 }
4802 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4803
4804 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4805                 size_t size)
4806 {
4807         if (addr) {
4808                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4809                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4810
4811                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4812                 while (used < alloc_end) {
4813                         free_page(used);
4814                         used += PAGE_SIZE;
4815                 }
4816         }
4817         return (void *)addr;
4818 }
4819
4820 /**
4821  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4822  * @size: the number of bytes to allocate
4823  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4824  *
4825  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4826  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4827  * allocate memory in power-of-two pages.
4828  *
4829  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4830  *
4831  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4832  *
4833  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4834  */
4835 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4836 {
4837         unsigned int order = get_order(size);
4838         unsigned long addr;
4839
4840         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4841         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4842 }
4843 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4844
4845 /**
4846  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4847  *                         pages on a node.
4848  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4849  * @size: the number of bytes to allocate
4850  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4851  *
4852  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4853  * back.
4854  *
4855  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4856  */
4857 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4858 {
4859         unsigned int order = get_order(size);
4860         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4861         if (!p)
4862                 return NULL;
4863         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4864 }
4865
4866 /**
4867  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4868  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4869  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4870  *
4871  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4872  */
4873 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4874 {
4875         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4876         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4877
4878         while (addr < end) {
4879                 free_page(addr);
4880                 addr += PAGE_SIZE;
4881         }
4882 }
4883 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4884
4885 /**
4886  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4887  * @offset: The zone index of the highest zone
4888  *
4889  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
4890  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4891  * zone, the number of pages is calculated as:
4892  *
4893  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4894  *
4895  * Return: number of pages beyond high watermark.
4896  */
4897 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4898 {
4899         struct zoneref *z;
4900         struct zone *zone;
4901
4902         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4903         unsigned long sum = 0;
4904
4905         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4906
4907         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4908                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
4909                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4910                 if (size > high)
4911                         sum += size - high;
4912         }
4913
4914         return sum;
4915 }
4916
4917 /**
4918  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4919  *
4920  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4921  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4922  *
4923  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
4924  * ZONE_NORMAL.
4925  */
4926 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4927 {
4928         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4929 }
4930 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4931
4932 /**
4933  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4934  *
4935  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4936  * high watermark within all zones.
4937  *
4938  * Return: number of pages beyond high watermark within all zones.
4939  */
4940 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4941 {
4942         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4943 }
4944
4945 static inline void show_node(struct zone *zone)
4946 {
4947         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4948                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4949 }
4950
4951 long si_mem_available(void)
4952 {
4953         long available;
4954         unsigned long pagecache;
4955         unsigned long wmark_low = 0;
4956         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4957         unsigned long reclaimable;
4958         struct zone *zone;
4959         int lru;
4960
4961         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4962                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4963
4964         for_each_zone(zone)
4965                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
4966
4967         /*
4968          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4969          * without causing swapping.
4970          */
4971         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4972
4973         /*
4974          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4975          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4976          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4977          */
4978         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4979         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4980         available += pagecache;
4981
4982         /*
4983          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
4984          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
4985          * low watermark.
4986          */
4987         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
4988                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
4989         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
4990
4991         if (available < 0)
4992                 available = 0;
4993         return available;
4994 }
4995 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4996
4997 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4998 {
4999         val->totalram = totalram_pages();
5000         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5001         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5002         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5003         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5004         val->freehigh = nr_free_highpages();
5005         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5006 }
5007
5008 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5009
5010 #ifdef CONFIG_NUMA
5011 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5012 {
5013         int zone_type;          /* needs to be signed */
5014         unsigned long managed_pages = 0;
5015         unsigned long managed_highpages = 0;
5016         unsigned long free_highpages = 0;
5017         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5018
5019         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5020                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5021         val->totalram = managed_pages;
5022         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5023         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5024 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5025         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5026                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5027
5028                 if (is_highmem(zone)) {
5029                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5030                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5031                 }
5032         }
5033         val->totalhigh = managed_highpages;
5034         val->freehigh = free_highpages;
5035 #else
5036         val->totalhigh = managed_highpages;
5037         val->freehigh = free_highpages;
5038 #endif
5039         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5040 }
5041 #endif
5042
5043 /*
5044  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5045  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5046  */
5047 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5048 {
5049         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5050                 return false;
5051
5052         /*
5053          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5054          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5055          * have to be precise here.
5056          */
5057         if (!nodemask)
5058                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5059
5060         return !node_isset(nid, *nodemask);
5061 }
5062
5063 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5064
5065 static void show_migration_types(unsigned char type)
5066 {
5067         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5068                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5069                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5070                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5071                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5072 #ifdef CONFIG_CMA
5073                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5074 #endif
5075 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5076                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5077 #endif
5078         };
5079         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5080         char *p = tmp;
5081         int i;
5082
5083         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5084                 if (type & (1 << i))
5085                         *p++ = types[i];
5086         }
5087
5088         *p = '\0';
5089         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5090 }
5091
5092 /*
5093  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5094  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5095  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5096  *
5097  * Bits in @filter:
5098  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5099  *   cpuset.
5100  */
5101 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5102 {
5103         unsigned long free_pcp = 0;
5104         int cpu;
5105         struct zone *zone;
5106         pg_data_t *pgdat;
5107
5108         for_each_populated_zone(zone) {
5109                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5110                         continue;
5111
5112                 for_each_online_cpu(cpu)
5113                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5114         }
5115
5116         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5117                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5118                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
5119                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5120                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5121                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5122                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5123                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5124                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5125                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5126                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5127                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5128                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5129                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5130                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5131                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
5132                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
5133                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
5134                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5135                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5136                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5137                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5138                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5139                 free_pcp,
5140                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5141
5142         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5143                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5144                         continue;
5145
5146                 printk("Node %d"
5147                         " active_anon:%lukB"
5148                         " inactive_anon:%lukB"
5149                         " active_file:%lukB"
5150                         " inactive_file:%lukB"
5151                         " unevictable:%lukB"
5152                         " isolated(anon):%lukB"
5153                         " isolated(file):%lukB"
5154                         " mapped:%lukB"
5155                         " dirty:%lukB"
5156                         " writeback:%lukB"
5157                         " shmem:%lukB"
5158 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5159                         " shmem_thp: %lukB"
5160                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5161                         " anon_thp: %lukB"
5162 #endif
5163                         " writeback_tmp:%lukB"
5164                         " unstable:%lukB"
5165                         " all_unreclaimable? %s"
5166                         "\n",
5167                         pgdat->node_id,
5168                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5169                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5170                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5171                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5172                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5173                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5174                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5175                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5176                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5177                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5178                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5179 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5180                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5181                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5182                                         * HPAGE_PMD_NR),
5183                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5184 #endif
5185                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5186                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
5187                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5188                                 "yes" : "no");
5189         }
5190
5191         for_each_populated_zone(zone) {
5192                 int i;
5193
5194                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5195                         continue;
5196
5197                 free_pcp = 0;
5198                 for_each_online_cpu(cpu)
5199                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5200
5201                 show_node(zone);
5202                 printk(KERN_CONT
5203                         "%s"
5204                         " free:%lukB"
5205                         " min:%lukB"
5206                         " low:%lukB"
5207                         " high:%lukB"
5208                         " active_anon:%lukB"
5209                         " inactive_anon:%lukB"
5210                         " active_file:%lukB"
5211                         " inactive_file:%lukB"
5212                         " unevictable:%lukB"
5213                         " writepending:%lukB"
5214                         " present:%lukB"
5215                         " managed:%lukB"
5216                         " mlocked:%lukB"
5217                         " kernel_stack:%lukB"
5218                         " pagetables:%lukB"
5219                         " bounce:%lukB"
5220                         " free_pcp:%lukB"
5221                         " local_pcp:%ukB"
5222                         " free_cma:%lukB"
5223                         "\n",
5224                         zone->name,
5225                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5226                         K(min_wmark_pages(zone)),
5227                         K(low_wmark_pages(zone)),
5228                         K(high_wmark_pages(zone)),
5229                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5230                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5231                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5232                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5233                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5234                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5235                         K(zone->present_pages),
5236                         K(zone_managed_pages(zone)),
5237                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5238                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5239                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5240                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5241                         K(free_pcp),
5242                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5243                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5244                 printk("lowmem_reserve[]:");
5245                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5246                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5247                 printk(KERN_CONT "\n");
5248         }
5249
5250         for_each_populated_zone(zone) {
5251                 unsigned int order;
5252                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5253                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5254
5255                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5256                         continue;
5257                 show_node(zone);
5258                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5259
5260                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5261                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5262                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5263                         int type;
5264
5265                         nr[order] = area->nr_free;
5266                         total += nr[order] << order;
5267
5268                         types[order] = 0;
5269                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5270                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
5271                                         types[order] |= 1 << type;
5272                         }
5273                 }
5274                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5275                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5276                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5277                                nr[order], K(1UL) << order);
5278                         if (nr[order])
5279                                 show_migration_types(types[order]);
5280                 }
5281                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5282         }
5283
5284         hugetlb_show_meminfo();
5285
5286         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5287
5288         show_swap_cache_info();
5289 }
5290
5291 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5292 {
5293         zoneref->zone = zone;
5294         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5295 }
5296
5297 /*
5298  * Builds allocation fallback zone lists.
5299  *
5300  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5301  */
5302 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5303 {
5304         struct zone *zone;
5305         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5306         int nr_zones = 0;
5307
5308         do {
5309                 zone_type--;
5310                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5311                 if (managed_zone(zone)) {
5312                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5313                         check_highest_zone(zone_type);
5314                 }
5315         } while (zone_type);
5316
5317         return nr_zones;
5318 }
5319
5320 #ifdef CONFIG_NUMA
5321
5322 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5323 {
5324         /*
5325          * We used to support different zonlists modes but they turned
5326          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5327          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5328          * not fail it silently
5329          */
5330         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5331                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5332                 return -EINVAL;
5333         }
5334         return 0;
5335 }
5336
5337 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5338 {
5339         if (!s)
5340                 return 0;
5341
5342         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5343 }
5344 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5345
5346 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5347
5348 /*
5349  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5350  */
5351 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5352                 void __user *buffer, size_t *length,
5353                 loff_t *ppos)
5354 {
5355         char *str;
5356         int ret;
5357
5358         if (!write)
5359                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5360         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5361         if (IS_ERR(str))
5362                 return PTR_ERR(str);
5363
5364         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5365         kfree(str);
5366         return ret;
5367 }
5368
5369
5370 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5371 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5372
5373 /**
5374  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5375  * @node: node whose fallback list we're appending
5376  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5377  *
5378  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5379  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5380  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5381  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5382  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5383  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5384  * on them otherwise.
5385  *
5386  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5387  */
5388 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5389 {
5390         int n, val;
5391         int min_val = INT_MAX;
5392         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5393         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5394
5395         /* Use the local node if we haven't already */
5396         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5397                 node_set(node, *used_node_mask);
5398                 return node;
5399         }
5400
5401         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5402
5403                 /* Don't want a node to appear more than once */
5404                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5405                         continue;
5406
5407                 /* Use the distance array to find the distance */
5408                 val = node_distance(node, n);
5409
5410                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5411                 val += (n < node);
5412
5413                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5414                 tmp = cpumask_of_node(n);
5415                 if (!cpumask_empty(tmp))
5416                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5417
5418                 /* Slight preference for less loaded node */
5419                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5420                 val += node_load[n];
5421
5422                 if (val < min_val) {
5423                         min_val = val;
5424                         best_node = n;
5425                 }
5426         }
5427
5428         if (best_node >= 0)
5429                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5430
5431         return best_node;
5432 }
5433
5434
5435 /*
5436  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5437  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5438  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5439  */
5440 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5441                 unsigned nr_nodes)
5442 {
5443         struct zoneref *zonerefs;
5444         int i;
5445
5446         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5447
5448         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5449                 int nr_zones;
5450
5451                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5452
5453                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5454                 zonerefs += nr_zones;
5455         }
5456         zonerefs->zone = NULL;
5457         zonerefs->zone_idx = 0;
5458 }
5459
5460 /*
5461  * Build gfp_thisnode zonelists
5462  */
5463 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5464 {
5465         struct zoneref *zonerefs;
5466         int nr_zones;
5467
5468         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5469         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5470         zonerefs += nr_zones;
5471         zonerefs->zone = NULL;
5472         zonerefs->zone_idx = 0;
5473 }
5474
5475 /*
5476  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5477  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5478  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5479  * may still exist in local DMA zone.
5480  */
5481
5482 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5483 {
5484         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5485         int node, load, nr_nodes = 0;
5486         nodemask_t used_mask;
5487         int local_node, prev_node;
5488
5489         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5490         local_node = pgdat->node_id;
5491         load = nr_online_nodes;
5492         prev_node = local_node;
5493         nodes_clear(used_mask);
5494
5495         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5496         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5497                 /*
5498                  * We don't want to pressure a particular node.
5499                  * So adding penalty to the first node in same
5500                  * distance group to make it round-robin.
5501                  */
5502                 if (node_distance(local_node, node) !=
5503                     node_distance(local_node, prev_node))
5504                         node_load[node] = load;
5505
5506                 node_order[nr_nodes++] = node;
5507                 prev_node = node;
5508                 load--;
5509         }
5510
5511         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5512         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5513 }
5514
5515 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5516 /*
5517  * Return node id of node used for "local" allocations.
5518  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5519  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5520  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5521  */
5522 int local_memory_node(int node)
5523 {
5524         struct zoneref *z;
5525
5526         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5527                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5528                                    NULL);
5529         return zone_to_nid(z->zone);
5530 }
5531 #endif
5532
5533 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5534 static void setup_min_slab_ratio(void);
5535 #else   /* CONFIG_NUMA */
5536
5537 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5538 {
5539         int node, local_node;
5540         struct zoneref *zonerefs;
5541         int nr_zones;
5542
5543         local_node = pgdat->node_id;
5544
5545         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5546         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5547         zonerefs += nr_zones;
5548
5549         /*
5550          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5551          * of all the other nodes.
5552          * We don't want to pressure a particular node, so when
5553          * building the zones for node N, we make sure that the
5554          * zones coming right after the local ones are those from
5555          * node N+1 (modulo N)
5556          */
5557         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5558                 if (!node_online(node))
5559                         continue;
5560                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5561                 zonerefs += nr_zones;
5562         }
5563         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5564                 if (!node_online(node))
5565                         continue;
5566                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5567                 zonerefs += nr_zones;
5568         }
5569
5570         zonerefs->zone = NULL;
5571         zonerefs->zone_idx = 0;
5572 }
5573
5574 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5575
5576 /*
5577  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5578  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5579  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5580  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5581  * with interrupts disabled.
5582  *
5583  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5584  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5585  * hotplugged processors.
5586  *
5587  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5588  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5589  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5590  */
5591 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5592 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5593 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5594
5595 static void __build_all_zonelists(void *data)
5596 {
5597         int nid;
5598         int __maybe_unused cpu;
5599         pg_data_t *self = data;
5600         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5601
5602         spin_lock(&lock);
5603
5604 #ifdef CONFIG_NUMA
5605         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5606 #endif
5607
5608         /*
5609          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5610          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5611          */
5612         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5613                 build_zonelists(self);
5614         } else {
5615                 for_each_online_node(nid) {
5616                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5617
5618                         build_zonelists(pgdat);
5619                 }
5620
5621 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5622                 /*
5623                  * We now know the "local memory node" for each node--
5624                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5625                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5626                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5627                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5628                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5629                  */
5630                 for_each_online_cpu(cpu)
5631                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5632 #endif
5633         }
5634
5635         spin_unlock(&lock);
5636 }
5637
5638 static noinline void __init
5639 build_all_zonelists_init(void)
5640 {
5641         int cpu;
5642
5643         __build_all_zonelists(NULL);
5644
5645         /*
5646          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5647          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5648          * each zone will be allocated later when the per cpu
5649          * allocator is available.
5650          *
5651          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5652          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5653          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5654          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5655          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5656          * (a chicken-egg dilemma).
5657          */
5658         for_each_possible_cpu(cpu)
5659                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5660
5661         mminit_verify_zonelist();
5662         cpuset_init_current_mems_allowed();
5663 }
5664
5665 /*
5666  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5667  *
5668  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5669  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5670  */
5671 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5672 {
5673         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5674                 build_all_zonelists_init();
5675         } else {
5676                 __build_all_zonelists(pgdat);
5677                 /* cpuset refresh routine should be here */
5678         }
5679         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5680         /*
5681          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5682          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5683          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5684          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5685          * disabled and enable it later
5686          */
5687         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5688                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5689         else
5690                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5691
5692         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5693                 nr_online_nodes,
5694                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5695                 vm_total_pages);
5696 #ifdef CONFIG_NUMA
5697         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5698 #endif
5699 }
5700
5701 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5702 static bool __meminit
5703 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5704 {
5705 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5706         static struct memblock_region *r;
5707
5708         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5709                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5710                         for_each_memblock(memory, r) {
5711                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5712                                         break;
5713                         }
5714                 }
5715                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5716                     memblock_is_mirror(r)) {
5717                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5718                         return true;
5719                 }
5720         }
5721 #endif
5722         return false;
5723 }
5724
5725 /*
5726  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5727  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5728  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5729  */
5730 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5731                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5732                 struct vmem_altmap *altmap)
5733 {
5734         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5735         struct page *page;
5736
5737         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5738                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5739
5740 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5741         /*
5742          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5743          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5744          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5745          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5746          * the hotplug lock.
5747          */
5748         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5749                 if (!altmap)
5750                         return;
5751
5752                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5753                         start_pfn += altmap->reserve;
5754                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5755         }
5756 #endif
5757
5758         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5759                 /*
5760                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5761                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5762                  */
5763                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5764                         if (!early_pfn_valid(pfn))
5765                                 continue;
5766                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5767                                 continue;
5768                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
5769                                 continue;
5770                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
5771                                 break;
5772                 }
5773
5774                 page = pfn_to_page(pfn);
5775                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5776                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5777                         __SetPageReserved(page);
5778
5779                 /*
5780                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5781                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5782                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5783                  * the address space during boot when many long-lived
5784                  * kernel allocations are made.
5785                  *
5786                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5787                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5788                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5789                  * pfn out of zone.
5790                  */
5791                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5792                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5793                         cond_resched();
5794                 }
5795         }
5796 }
5797
5798 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5799 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
5800                                    unsigned long start_pfn,
5801                                    unsigned long size,
5802                                    struct dev_pagemap *pgmap)
5803 {
5804         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5805         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5806         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
5807         unsigned long start = jiffies;
5808         int nid = pgdat->node_id;
5809
5810         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || !is_dev_zone(zone)))
5811                 return;
5812
5813         /*
5814          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
5815          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
5816          * the end of that region and start processing the device pages.
5817          */
5818         if (pgmap->altmap_valid) {
5819                 struct vmem_altmap *altmap = &pgmap->altmap;
5820
5821                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5822                 size = end_pfn - start_pfn;
5823         }
5824
5825         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5826                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5827
5828                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
5829
5830                 /*
5831                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
5832                  * phase for it to be fully associated with a zone.
5833                  *
5834                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
5835                  * the flag as we are still initializing the pages.
5836                  */
5837                 __SetPageReserved(page);
5838
5839                 /*
5840                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back
5841                  * pointer and hmm_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE
5842                  * page is ever freed or placed on a driver-private list.
5843                  */
5844                 page->pgmap = pgmap;
5845                 page->hmm_data = 0;
5846
5847                 /*
5848                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5849                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5850                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5851                  * the address space during boot when many long-lived
5852                  * kernel allocations are made.
5853                  *
5854                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5855                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5856                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5857                  * pfn out of zone.
5858                  *
5859                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
5860                  * because this is done early in sparse_add_one_section
5861                  */
5862                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5863                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5864                         cond_resched();
5865                 }
5866         }
5867
5868         pr_info("%s initialised, %lu pages in %ums\n", dev_name(pgmap->dev),
5869                 size, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
5870 }
5871
5872 #endif
5873 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5874 {
5875         unsigned int order, t;
5876         for_each_migratetype_order(order, t) {
5877                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5878                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5879         }
5880 }
5881
5882 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
5883                                   unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
5884 {
5885         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, MEMMAP_EARLY, NULL);
5886 }
5887
5888 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5889 {
5890 #ifdef CONFIG_MMU
5891         int batch;
5892
5893         /*
5894          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5895          * size of the zone.
5896          */
5897         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
5898         /* But no more than a meg. */
5899         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
5900                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
5901         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5902         if (batch < 1)
5903                 batch = 1;
5904
5905         /*
5906          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5907          * of 2 value was found to be more likely to have
5908          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5909          *
5910          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5911          * batches of pages, one task can end up with a lot
5912          * of pages of one half of the possible page colors
5913          * and the other with pages of the other colors.
5914          */
5915         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5916
5917         return batch;
5918
5919 #else
5920         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5921          * conditions.
5922          *
5923          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5924          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5925          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5926          *
5927          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5928          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5929          * can be a significant delay between the individual batches being
5930          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5931          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5932          */
5933         return 0;
5934 #endif
5935 }
5936
5937 /*
5938  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5939  * ->batch must never be higher then ->high.
5940  * The following function updates them in a safe manner without read side
5941  * locking.
5942  *
5943  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5944  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5945  *
5946  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5947  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5948  * exist).
5949  */
5950 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5951                 unsigned long batch)
5952 {
5953        /* start with a fail safe value for batch */
5954         pcp->batch = 1;
5955         smp_wmb();
5956
5957        /* Update high, then batch, in order */
5958         pcp->high = high;
5959         smp_wmb();
5960
5961         pcp->batch = batch;
5962 }
5963
5964 /* a companion to pageset_set_high() */
5965 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5966 {
5967         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5968 }
5969
5970 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5971 {
5972         struct per_cpu_pages *pcp;
5973         int migratetype;
5974
5975         memset(p, 0, sizeof(*p));
5976
5977         pcp = &p->pcp;
5978         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5979                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5980 }
5981
5982 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5983 {
5984         pageset_init(p);
5985         pageset_set_batch(p, batch);
5986 }
5987
5988 /*
5989  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5990  * to the value high for the pageset p.
5991  */
5992 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5993                                 unsigned long high)
5994 {
5995         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5996         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5997                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5998
5999         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6000 }
6001
6002 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6003                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6004 {
6005         if (percpu_pagelist_fraction)
6006                 pageset_set_high(pcp,
6007                         (zone_managed_pages(zone) /
6008                                 percpu_pagelist_fraction));
6009         else
6010                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6011 }
6012
6013 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6014 {
6015         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6016
6017         pageset_init(pcp);
6018         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6019 }
6020
6021 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6022 {
6023         int cpu;
6024         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6025         for_each_possible_cpu(cpu)
6026                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6027 }
6028
6029 /*
6030  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6031  * Before this call only boot pagesets were available.
6032  */
6033 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6034 {
6035         struct pglist_data *pgdat;
6036         struct zone *zone;
6037
6038         for_each_populated_zone(zone)
6039                 setup_zone_pageset(zone);
6040
6041         for_each_online_pgdat(pgdat)
6042                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6043                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6044 }
6045
6046 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6047 {
6048         /*
6049          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6050          * relies on the ability of the linker to provide the
6051          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6052          */
6053         zone->pageset = &boot_pageset;
6054
6055         if (populated_zone(zone))
6056                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6057                         zone->name, zone->present_pages,
6058                                          zone_batchsize(zone));
6059 }
6060
6061 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6062                                         unsigned long zone_start_pfn,
6063                                         unsigned long size)
6064 {
6065         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6066         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6067
6068         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6069                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6070
6071         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6072
6073         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6074                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6075                         pgdat->node_id,
6076                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6077                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6078
6079         zone_init_free_lists(zone);
6080         zone->initialized = 1;
6081 }
6082
6083 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6084 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
6085
6086 /*
6087  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
6088  */
6089 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
6090                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
6091 {
6092         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6093         int nid;
6094
6095         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
6096                 return state->last_nid;
6097
6098         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
6099         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
6100                 state->last_start = start_pfn;
6101                 state->last_end = end_pfn;
6102                 state->last_nid = nid;
6103         }
6104
6105         return nid;
6106 }
6107 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
6108
6109 /**
6110  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
6111  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
6112  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
6113  *
6114  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
6115  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
6116  * memblock_free_early_nid() manually.
6117  */
6118 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
6119 {
6120         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6121         int i, this_nid;
6122
6123         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
6124                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
6125                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
6126
6127                 if (start_pfn < end_pfn)
6128                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
6129                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
6130                                         this_nid);
6131         }
6132 }
6133
6134 /**
6135  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
6136  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
6137  *
6138  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
6139  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
6140  */
6141 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
6142 {
6143         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6144         int i, this_nid;
6145
6146         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
6147                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
6148 }
6149
6150 /**
6151  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6152  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6153  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6154  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6155  *
6156  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6157  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6158  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6159  * PFNs will be 0.
6160  */
6161 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6162                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6163 {
6164         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6165         int i;
6166
6167         *start_pfn = -1UL;
6168         *end_pfn = 0;
6169
6170         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6171                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6172                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6173         }
6174
6175         if (*start_pfn == -1UL)
6176                 *start_pfn = 0;
6177 }
6178
6179 /*
6180  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6181  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6182  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6183  */
6184 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6185 {
6186         int zone_index;
6187         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6188                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6189                         continue;
6190
6191                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6192                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6193                         break;
6194         }
6195
6196         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6197         movable_zone = zone_index;
6198 }
6199
6200 /*
6201  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6202  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6203  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6204  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6205  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6206  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6207  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6208  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6209  */
6210 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6211                                         unsigned long zone_type,
6212                                         unsigned long node_start_pfn,
6213                                         unsigned long node_end_pfn,
6214                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6215                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6216 {
6217         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6218         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6219                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6220                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6221                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6222                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6223                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6224
6225                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6226                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6227                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6228                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6229                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6230
6231                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6232                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6233                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6234         }
6235 }
6236
6237 /*
6238  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6239  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6240  */
6241 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6242                                         unsigned long zone_type,
6243                                         unsigned long node_start_pfn,
6244                                         unsigned long node_end_pfn,
6245                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6246                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6247                                         unsigned long *ignored)
6248 {
6249         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6250         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6251                 return 0;
6252
6253         /* Get the start and end of the zone */
6254         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6255         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6256         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6257                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6258                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6259
6260         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6261         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6262                 return 0;
6263
6264         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6265         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6266         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6267
6268         /* Return the spanned pages */
6269         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6270 }
6271
6272 /*
6273  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6274  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6275  */
6276 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6277                                 unsigned long range_start_pfn,
6278                                 unsigned long range_end_pfn)
6279 {
6280         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6281         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6282         int i;
6283
6284         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6285                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6286                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6287                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6288         }
6289         return nr_absent;
6290 }
6291
6292 /**
6293  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6294  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6295  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6296  *
6297  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6298  */
6299 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6300                                                         unsigned long end_pfn)
6301 {
6302         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6303 }
6304
6305 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6306 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6307                                         unsigned long zone_type,
6308                                         unsigned long node_start_pfn,
6309                                         unsigned long node_end_pfn,
6310                                         unsigned long *ignored)
6311 {
6312         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6313         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6314         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6315         unsigned long nr_absent;
6316
6317         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6318         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6319                 return 0;
6320
6321         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6322         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6323
6324         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6325                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6326                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6327         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6328
6329         /*
6330          * ZONE_MOVABLE handling.
6331          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6332          * and vice versa.
6333          */
6334         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6335                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6336                 struct memblock_region *r;
6337
6338                 for_each_memblock(memory, r) {
6339                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6340                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6341                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6342                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6343
6344                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6345                             memblock_is_mirror(r))
6346                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6347
6348                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6349                             !memblock_is_mirror(r))
6350                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6351                 }
6352         }
6353
6354         return nr_absent;
6355 }
6356
6357 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6358 static inline unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6359                                         unsigned long zone_type,
6360                                         unsigned long node_start_pfn,
6361                                         unsigned long node_end_pfn,
6362                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6363                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6364                                         unsigned long *zones_size)
6365 {
6366         unsigned int zone;
6367
6368         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6369         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6370                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6371
6372         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6373
6374         return zones_size[zone_type];
6375 }
6376
6377 static inline unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6378                                                 unsigned long zone_type,
6379                                                 unsigned long node_start_pfn,
6380                                                 unsigned long node_end_pfn,
6381                                                 unsigned long *zholes_size)
6382 {
6383         if (!zholes_size)
6384                 return 0;
6385
6386         return zholes_size[zone_type];
6387 }
6388
6389 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6390
6391 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6392                                                 unsigned long node_start_pfn,
6393                                                 unsigned long node_end_pfn,
6394                                                 unsigned long *zones_size,
6395                                                 unsigned long *zholes_size)
6396 {
6397         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6398         enum zone_type i;
6399
6400         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6401                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6402                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6403                 unsigned long size, real_size;
6404
6405                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6406                                                   node_start_pfn,
6407                                                   node_end_pfn,
6408                                                   &zone_start_pfn,
6409                                                   &zone_end_pfn,
6410                                                   zones_size);
6411                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6412                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6413                                                   zholes_size);
6414                 if (size)
6415                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6416                 else
6417                         zone->zone_start_pfn = 0;
6418                 zone->spanned_pages = size;
6419                 zone->present_pages = real_size;
6420
6421                 totalpages += size;
6422                 realtotalpages += real_size;
6423         }
6424
6425         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6426         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6427         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6428                                                         realtotalpages);
6429 }
6430
6431 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6432 /*
6433  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6434  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6435  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6436  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6437  * bytes.
6438  */
6439 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6440 {
6441         unsigned long usemapsize;
6442
6443         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6444         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6445         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6446         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6447         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6448
6449         return usemapsize / 8;
6450 }
6451
6452 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6453                                 struct zone *zone,
6454                                 unsigned long zone_start_pfn,
6455                                 unsigned long zonesize)
6456 {
6457         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6458         zone->pageblock_flags = NULL;
6459         if (usemapsize) {
6460                 zone->pageblock_flags =
6461                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6462                                             pgdat->node_id);
6463                 if (!zone->pageblock_flags)
6464                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6465                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6466         }
6467 }
6468 #else
6469 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6470                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6471 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6472
6473 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6474
6475 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6476 void __init set_pageblock_order(void)
6477 {
6478         unsigned int order;
6479
6480         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6481         if (pageblock_order)
6482                 return;
6483
6484         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6485                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6486         else
6487                 order = MAX_ORDER - 1;
6488
6489         /*
6490          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6491          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6492          * powerpc.
6493          */
6494         pageblock_order = order;
6495 }
6496 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6497
6498 /*
6499  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6500  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6501  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6502  * the kernel config
6503  */
6504 void __init set_pageblock_order(void)
6505 {
6506 }
6507
6508 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6509
6510 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6511                                                 unsigned long present_pages)
6512 {
6513         unsigned long pages = spanned_pages;
6514
6515         /*
6516          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6517          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6518          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6519          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6520          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6521          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6522          */
6523         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6524             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6525                 pages = present_pages;
6526
6527         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6528 }
6529
6530 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6531 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6532 {
6533         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
6534         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
6535         pgdat->split_queue_len = 0;
6536 }
6537 #else
6538 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6539 #endif
6540
6541 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6542 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6543 {
6544         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6545 }
6546 #else
6547 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6548 #endif
6549
6550 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6551 {
6552         pgdat_resize_init(pgdat);
6553
6554         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6555         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6556
6557         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6558         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6559
6560         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6561         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6562         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6563 }
6564
6565 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6566                                                         unsigned long remaining_pages)
6567 {
6568         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6569         zone_set_nid(zone, nid);
6570         zone->name = zone_names[idx];
6571         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6572         spin_lock_init(&zone->lock);
6573         zone_seqlock_init(zone);
6574         zone_pcp_init(zone);
6575 }
6576
6577 /*
6578  * Set up the zone data structures
6579  * - init pgdat internals
6580  * - init all zones belonging to this node
6581  *
6582  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6583  */
6584 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6585 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6586 {
6587         enum zone_type z;
6588         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6589
6590         pgdat_init_internals(pgdat);
6591         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6592                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6593 }
6594 #endif
6595
6596 /*
6597  * Set up the zone data structures:
6598  *   - mark all pages reserved
6599  *   - mark all memory queues empty
6600  *   - clear the memory bitmaps
6601  *
6602  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6603  * NOTE: this function is only called during early init.
6604  */
6605 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6606 {
6607         enum zone_type j;
6608         int nid = pgdat->node_id;
6609
6610         pgdat_init_internals(pgdat);
6611         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6612
6613         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6614                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6615                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6616                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6617
6618                 size = zone->spanned_pages;
6619                 freesize = zone->present_pages;
6620
6621                 /*
6622                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6623                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6624                  * and per-cpu initialisations
6625                  */
6626                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6627                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6628                         if (freesize >= memmap_pages) {
6629                                 freesize -= memmap_pages;
6630                                 if (memmap_pages)
6631                                         printk(KERN_DEBUG
6632                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6633                                                zone_names[j], memmap_pages);
6634                         } else
6635                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6636                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6637                 }
6638
6639                 /* Account for reserved pages */
6640                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6641                         freesize -= dma_reserve;
6642                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6643                                         zone_names[0], dma_reserve);
6644                 }
6645
6646                 if (!is_highmem_idx(j))
6647                         nr_kernel_pages += freesize;
6648                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6649                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6650                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6651                 nr_all_pages += freesize;
6652
6653                 /*
6654                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6655                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6656                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6657                  */
6658                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6659
6660                 if (!size)
6661                         continue;
6662
6663                 set_pageblock_order();
6664                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6665                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6666                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6667         }
6668 }
6669
6670 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6671 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6672 {
6673         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6674         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6675
6676         /* Skip empty nodes */
6677         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6678                 return;
6679
6680         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6681         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6682         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6683         if (!pgdat->node_mem_map) {
6684                 unsigned long size, end;
6685                 struct page *map;
6686
6687                 /*
6688                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6689                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6690                  * for the buddy allocator to function correctly.
6691                  */
6692                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6693                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6694                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6695                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6696                                           pgdat->node_id);
6697                 if (!map)
6698                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6699                               size, pgdat->node_id);
6700                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6701         }
6702         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6703                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6704                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6705 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6706         /*
6707          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6708          */
6709         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6710                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6711 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6712                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6713                         mem_map -= offset;
6714 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6715         }
6716 #endif
6717 }
6718 #else
6719 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6720 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6721
6722 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6723 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6724 {
6725         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6726 }
6727 #else
6728 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6729 #endif
6730
6731 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6732                                    unsigned long node_start_pfn,
6733                                    unsigned long *zholes_size)
6734 {
6735         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6736         unsigned long start_pfn = 0;
6737         unsigned long end_pfn = 0;
6738
6739         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6740         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6741
6742         pgdat->node_id = nid;
6743         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6744         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6745 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6746         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6747         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6748                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6749                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6750 #else
6751         start_pfn = node_start_pfn;
6752 #endif
6753         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6754                                   zones_size, zholes_size);
6755
6756         alloc_node_mem_map(pgdat);
6757         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6758
6759         free_area_init_core(pgdat);
6760 }
6761
6762 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6763 /*
6764  * Zero all valid struct pages in range [spfn, epfn), return number of struct
6765  * pages zeroed
6766  */
6767 static u64 zero_pfn_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6768 {
6769         unsigned long pfn;
6770         u64 pgcnt = 0;
6771
6772         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6773                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6774                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6775                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6776                         continue;
6777                 }
6778                 mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6779                 pgcnt++;
6780         }
6781
6782         return pgcnt;
6783 }
6784
6785 /*
6786  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6787  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6788  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6789  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6790  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6791  *
6792  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6793  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6794  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6795  * layout is manually configured via memmap=.
6796  */
6797 void __init zero_resv_unavail(void)
6798 {
6799         phys_addr_t start, end;
6800         u64 i, pgcnt;
6801         phys_addr_t next = 0;
6802
6803         /*
6804          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6805          */
6806         pgcnt = 0;
6807         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6808                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6809                 if (next < start)
6810                         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), PFN_UP(start));
6811                 next = end;
6812         }
6813         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), max_pfn);
6814
6815         /*
6816          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6817          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6818          */
6819         if (pgcnt)
6820                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
6821 }
6822 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6823
6824 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6825
6826 #if MAX_NUMNODES > 1
6827 /*
6828  * Figure out the number of possible node ids.
6829  */
6830 void __init setup_nr_node_ids(void)
6831 {
6832         unsigned int highest;
6833
6834         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6835         nr_node_ids = highest + 1;
6836 }
6837 #endif
6838
6839 /**
6840  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6841  *
6842  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6843  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6844  * all the nodes.
6845  *
6846  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6847  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6848  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6849  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6850  *
6851  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6852  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6853  * populated node map.
6854  *
6855  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6856  * requirement (single node).
6857  */
6858 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6859 {
6860         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6861         unsigned long start, end, mask;
6862         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
6863         int i, nid;
6864
6865         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6866                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6867                         last_nid = nid;
6868                         last_end = end;
6869                         continue;
6870                 }
6871
6872                 /*
6873                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6874                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6875                  * too coarse to separate the current node from the last.
6876                  */
6877                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6878                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6879                         mask <<= 1;
6880
6881                 /* accumulate all internode masks */
6882                 accl_mask |= mask;
6883         }
6884
6885         /* convert mask to number of pages */
6886         return ~accl_mask + 1;
6887 }
6888
6889 /* Find the lowest pfn for a node */
6890 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6891 {
6892         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6893         unsigned long start_pfn;
6894         int i;
6895
6896         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6897                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6898
6899         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6900                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6901                 return 0;
6902         }
6903
6904         return min_pfn;
6905 }
6906
6907 /**
6908  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6909  *
6910  * Return: the minimum PFN based on information provided via
6911  * memblock_set_node().
6912  */
6913 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6914 {
6915         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6916 }
6917
6918 /*
6919  * early_calculate_totalpages()
6920  * Sum pages in active regions for movable zone.
6921  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6922  */
6923 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6924 {
6925         unsigned long totalpages = 0;
6926         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6927         int i, nid;
6928
6929         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6930                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6931
6932                 totalpages += pages;
6933                 if (pages)
6934                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6935         }
6936         return totalpages;
6937 }
6938
6939 /*
6940  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6941  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6942  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6943  * others
6944  */
6945 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6946 {
6947         int i, nid;
6948         unsigned long usable_startpfn;
6949         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6950         /* save the state before borrow the nodemask */
6951         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6952         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6953         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6954         struct memblock_region *r;
6955
6956         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6957         find_usable_zone_for_movable();
6958
6959         /*
6960          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6961          * options.
6962          */
6963         if (movable_node_is_enabled()) {
6964                 for_each_memblock(memory, r) {
6965                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6966                                 continue;
6967
6968                         nid = r->nid;
6969
6970                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6971                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6972                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6973                                 usable_startpfn;
6974                 }
6975
6976                 goto out2;
6977         }
6978
6979         /*
6980          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6981          */
6982         if (mirrored_kernelcore) {
6983                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6984
6985                 for_each_memblock(memory, r) {
6986                         if (memblock_is_mirror(r))
6987                                 continue;
6988
6989                         nid = r->nid;
6990
6991                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6992
6993                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6994                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6995                                 continue;
6996                         }
6997
6998                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6999                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7000                                 usable_startpfn;
7001                 }
7002
7003                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7004                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
7005
7006                 goto out2;
7007         }
7008
7009         /*
7010          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7011          * amount of necessary memory.
7012          */
7013         if (required_kernelcore_percent)
7014                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7015                                        10000UL;
7016         if (required_movablecore_percent)
7017                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7018                                         10000UL;
7019
7020         /*
7021          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7022          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7023          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7024          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7025          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7026          * what movablecore would have allowed.
7027          */
7028         if (required_movablecore) {
7029                 unsigned long corepages;
7030
7031                 /*
7032                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7033                  * was requested by the user
7034                  */
7035                 required_movablecore =
7036                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7037                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7038                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7039
7040                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7041         }
7042
7043         /*
7044          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7045          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7046          */
7047         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7048                 goto out;
7049
7050         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7051         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7052
7053 restart:
7054         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7055         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7056         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7057                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7058
7059                 /*
7060                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7061                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7062                  * amount of memory for the kernel
7063                  */
7064                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7065                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7066
7067                 /*
7068                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7069                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7070                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7071                  */
7072                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7073
7074                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7075                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7076                         unsigned long size_pages;
7077
7078                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7079                         if (start_pfn >= end_pfn)
7080                                 continue;
7081
7082                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7083                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7084                                 unsigned long kernel_pages;
7085                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7086                                                                 - start_pfn;
7087
7088                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7089                                                         kernelcore_remaining);
7090                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7091                                                         required_kernelcore);
7092
7093                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7094                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7095
7096                                         /*
7097                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7098                                          * that if we have to rebalance
7099                                          * kernelcore across nodes, we will
7100                                          * not double account here
7101                                          */
7102                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7103                                         continue;
7104                                 }
7105                                 start_pfn = usable_startpfn;
7106                         }
7107
7108                         /*
7109                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7110                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7111                          * number of pages used as kernelcore
7112                          */
7113                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7114                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7115                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7116                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7117
7118                         /*
7119                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7120                          * break if the kernelcore for this node has been
7121                          * satisfied
7122                          */
7123                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7124                                                                 size_pages);
7125                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7126                         if (!kernelcore_remaining)
7127                                 break;
7128                 }
7129         }
7130
7131         /*
7132          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7133          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7134          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7135          * satisfied
7136          */
7137         usable_nodes--;
7138         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7139                 goto restart;
7140
7141 out2:
7142         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7143         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7144                 zone_movable_pfn[nid] =
7145                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7146
7147 out:
7148         /* restore the node_state */
7149         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7150 }
7151
7152 /* Any regular or high memory on that node ? */
7153 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7154 {
7155         enum zone_type zone_type;
7156
7157         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7158                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7159                 if (populated_zone(zone)) {
7160                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7161                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7162                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7163                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7164                         break;
7165                 }
7166         }
7167 }
7168
7169 /**
7170  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
7171  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7172  *
7173  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7174  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7175  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7176  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7177  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7178  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7179  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7180  * at arch_max_dma_pfn.
7181  */
7182 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
7183 {
7184         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7185         int i, nid;
7186
7187         /* Record where the zone boundaries are */
7188         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7189                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7190         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7191                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7192
7193         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7194
7195         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7196                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7197                         continue;
7198
7199                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
7200                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
7201                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
7202
7203                 start_pfn = end_pfn;
7204         }
7205
7206         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7207         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7208         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7209
7210         /* Print out the zone ranges */
7211         pr_info("Zone ranges:\n");
7212         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7213                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7214                         continue;
7215                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7216                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7217                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7218                         pr_cont("empty\n");
7219                 else
7220                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7221                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7222                                         << PAGE_SHIFT,
7223                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7224                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7225         }
7226
7227         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7228         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7229         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7230                 if (zone_movable_pfn[i])
7231                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7232                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7233         }
7234
7235         /* Print out the early node map */
7236         pr_info("Early memory node ranges\n");
7237         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
7238                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7239                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7240                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7241
7242         /* Initialise every node */
7243         mminit_verify_pageflags_layout();
7244         setup_nr_node_ids();
7245         zero_resv_unavail();
7246         for_each_online_node(nid) {
7247                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7248                 free_area_init_node(nid, NULL,
7249                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
7250
7251                 /* Any memory on that node */
7252                 if (pgdat->node_present_pages)
7253                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7254                 check_for_memory(pgdat, nid);
7255         }
7256 }
7257
7258 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7259                                      unsigned long *percent)
7260 {
7261         unsigned long long coremem;
7262         char *endptr;
7263
7264         if (!p)
7265                 return -EINVAL;
7266
7267         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7268         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7269         if (*endptr == '%') {
7270                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7271                 WARN_ON(coremem > 100);
7272
7273                 *percent = coremem;
7274         } else {
7275                 coremem = memparse(p, &p);
7276                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7277                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7278
7279                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7280                 *percent = 0UL;
7281         }
7282         return 0;
7283 }
7284
7285 /*
7286  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7287  * cannot be reclaimed or migrated.
7288  */
7289 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7290 {
7291         /* parse kernelcore=mirror */
7292         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7293                 mirrored_kernelcore = true;
7294                 return 0;
7295         }
7296
7297         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7298                                   &required_kernelcore_percent);
7299 }
7300
7301 /*
7302  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7303  * can be reclaimed or migrated.
7304  */
7305 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7306 {
7307         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7308                                   &required_movablecore_percent);
7309 }
7310
7311 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7312 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7313
7314 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
7315
7316 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7317 {
7318         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7319         totalram_pages_add(count);
7320 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7321         if (PageHighMem(page))
7322                 totalhigh_pages_add(count);
7323 #endif
7324 }
7325 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7326
7327 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7328 {
7329         void *pos;
7330         unsigned long pages = 0;
7331
7332         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7333         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7334         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7335                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7336                 void *direct_map_addr;
7337
7338                 /*
7339                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7340                  * because some architectures' virt_to_page()
7341                  * work with aliases.  Getting the direct map
7342                  * address ensures that we get a _writeable_
7343                  * alias for the memset().
7344                  */
7345                 direct_map_addr = page_address(page);
7346                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7347                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7348
7349                 free_reserved_page(page);
7350         }
7351
7352         if (pages && s)
7353                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7354                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7355
7356         return pages;
7357 }
7358
7359 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7360 void free_highmem_page(struct page *page)
7361 {
7362         __free_reserved_page(page);
7363         totalram_pages_inc();
7364         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7365         totalhigh_pages_inc();
7366 }
7367 #endif
7368
7369
7370 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7371 {
7372         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7373         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7374
7375         physpages = get_num_physpages();
7376         codesize = _etext - _stext;
7377         datasize = _edata - _sdata;
7378         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7379         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7380         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7381         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7382
7383         /*
7384          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7385          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7386          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7387          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7388          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7389          */
7390 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7391         do { \
7392                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7393                         size -= adj; \
7394         } while (0)
7395
7396         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7397                      _sinittext, init_code_size);
7398         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7399         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7400         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7401         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7402
7403 #undef  adj_init_size
7404
7405         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7406 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7407                 ", %luK highmem"
7408 #endif
7409                 "%s%s)\n",
7410                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7411                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7412                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7413                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7414                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7415                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7416 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7417                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7418 #endif
7419                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7420 }
7421
7422 /**
7423  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7424  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7425  *
7426  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7427  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7428  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7429  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7430  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7431  * smaller per-cpu batchsize.
7432  */
7433 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7434 {
7435         dma_reserve = new_dma_reserve;
7436 }
7437
7438 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7439 {
7440         zero_resv_unavail();
7441         free_area_init_node(0, zones_size,
7442                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7443 }
7444
7445 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7446 {
7447
7448         lru_add_drain_cpu(cpu);
7449         drain_pages(cpu);
7450
7451         /*
7452          * Spill the event counters of the dead processor
7453          * into the current processors event counters.
7454          * This artificially elevates the count of the current
7455          * processor.
7456          */
7457         vm_events_fold_cpu(cpu);
7458
7459         /*
7460          * Zero the differential counters of the dead processor
7461          * so that the vm statistics are consistent.
7462          *
7463          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7464          * race with what we are doing.
7465          */
7466         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7467         return 0;
7468 }
7469
7470 void __init page_alloc_init(void)
7471 {
7472         int ret;
7473
7474         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7475                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7476                                         page_alloc_cpu_dead);
7477         WARN_ON(ret < 0);
7478 }
7479
7480 /*
7481  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7482  *      or min_free_kbytes changes.
7483  */
7484 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7485 {
7486         struct pglist_data *pgdat;
7487         unsigned long reserve_pages = 0;
7488         enum zone_type i, j;
7489
7490         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7491
7492                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7493
7494                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7495                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7496                         long max = 0;
7497                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7498
7499                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7500                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7501                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7502                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7503                         }
7504
7505                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7506                         max += high_wmark_pages(zone);
7507
7508                         if (max > managed_pages)
7509                                 max = managed_pages;
7510
7511                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7512
7513                         reserve_pages += max;
7514                 }
7515         }
7516         totalreserve_pages = reserve_pages;
7517 }
7518
7519 /*
7520  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7521  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7522  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7523  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7524  */
7525 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7526 {
7527         struct pglist_data *pgdat;
7528         enum zone_type j, idx;
7529
7530         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7531                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7532                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7533                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7534
7535                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7536
7537                         idx = j;
7538                         while (idx) {
7539                                 struct zone *lower_zone;
7540
7541                                 idx--;
7542                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7543
7544                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7545                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7546                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7547                                 } else {
7548                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7549                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7550                                 }
7551                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7552                         }
7553                 }
7554         }
7555
7556         /* update totalreserve_pages */
7557         calculate_totalreserve_pages();
7558 }
7559
7560 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7561 {
7562         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7563         unsigned long lowmem_pages = 0;
7564         struct zone *zone;
7565         unsigned long flags;
7566
7567         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7568         for_each_zone(zone) {
7569                 if (!is_highmem(zone))
7570                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7571         }
7572
7573         for_each_zone(zone) {
7574                 u64 tmp;
7575
7576                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7577                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7578                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7579                 if (is_highmem(zone)) {
7580                         /*
7581                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7582                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7583                          * value here.
7584                          *
7585                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7586                          * deltas control async page reclaim, and so should
7587                          * not be capped for highmem.
7588                          */
7589                         unsigned long min_pages;
7590
7591                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7592                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7593                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7594                 } else {
7595                         /*
7596                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7597                          * proportionate to the zone's size.
7598                          */
7599                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7600                 }
7601
7602                 /*
7603                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7604                  * scale factor in proportion to available memory, but
7605                  * ensure a minimum size on small systems.
7606                  */
7607                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7608                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7609                                       watermark_scale_factor, 10000));
7610
7611                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7612                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7613                 zone->watermark_boost = 0;
7614
7615                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7616         }
7617
7618         /* update totalreserve_pages */
7619         calculate_totalreserve_pages();
7620 }
7621
7622 /**
7623  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7624  * or when memory is hot-{added|removed}
7625  *
7626  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7627  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7628  */
7629 void setup_per_zone_wmarks(void)
7630 {
7631         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7632
7633         spin_lock(&lock);
7634         __setup_per_zone_wmarks();
7635         spin_unlock(&lock);
7636 }
7637
7638 /*
7639  * Initialise min_free_kbytes.
7640  *
7641  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7642  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7643  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7644  *
7645  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7646  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7647  *
7648  * which yields
7649  *
7650  * 16MB:        512k
7651  * 32MB:        724k
7652  * 64MB:        1024k
7653  * 128MB:       1448k
7654  * 256MB:       2048k
7655  * 512MB:       2896k
7656  * 1024MB:      4096k
7657  * 2048MB:      5792k
7658  * 4096MB:      8192k
7659  * 8192MB:      11584k
7660  * 16384MB:     16384k
7661  */
7662 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7663 {
7664         unsigned long lowmem_kbytes;
7665         int new_min_free_kbytes;
7666
7667         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7668         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7669
7670         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7671                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7672                 if (min_free_kbytes < 128)
7673                         min_free_kbytes = 128;
7674                 if (min_free_kbytes > 65536)
7675                         min_free_kbytes = 65536;
7676         } else {
7677                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7678                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7679         }
7680         setup_per_zone_wmarks();
7681         refresh_zone_stat_thresholds();
7682         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7683
7684 #ifdef CONFIG_NUMA
7685         setup_min_unmapped_ratio();
7686         setup_min_slab_ratio();
7687 #endif
7688
7689         return 0;
7690 }
7691 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7692
7693 /*
7694  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7695  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7696  *      changes.
7697  */
7698 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7699         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7700 {
7701         int rc;
7702
7703         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7704         if (rc)
7705                 return rc;
7706
7707         if (write) {
7708                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7709                 setup_per_zone_wmarks();
7710         }
7711         return 0;
7712 }
7713
7714 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7715         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7716 {
7717         int rc;
7718
7719         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7720         if (rc)
7721                 return rc;
7722
7723         return 0;
7724 }
7725
7726 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7727         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7728 {
7729         int rc;
7730
7731         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7732         if (rc)
7733                 return rc;
7734
7735         if (write)
7736                 setup_per_zone_wmarks();
7737
7738         return 0;
7739 }
7740
7741 #ifdef CONFIG_NUMA
7742 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7743 {
7744         pg_data_t *pgdat;
7745         struct zone *zone;
7746
7747         for_each_online_pgdat(pgdat)
7748                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7749
7750         for_each_zone(zone)
7751                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7752                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7753 }
7754
7755
7756 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7757         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7758 {
7759         int rc;
7760
7761         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7762         if (rc)
7763                 return rc;
7764
7765         setup_min_unmapped_ratio();
7766
7767         return 0;
7768 }
7769
7770 static void setup_min_slab_ratio(void)
7771 {
7772         pg_data_t *pgdat;
7773         struct zone *zone;
7774
7775         for_each_online_pgdat(pgdat)
7776                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7777
7778         for_each_zone(zone)
7779                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7780                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7781 }
7782
7783 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7784         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7785 {
7786         int rc;
7787
7788         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7789         if (rc)
7790                 return rc;
7791
7792         setup_min_slab_ratio();
7793
7794         return 0;
7795 }
7796 #endif
7797
7798 /*
7799  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7800  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7801  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7802  *
7803  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7804  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7805  * if in function of the boot time zone sizes.
7806  */
7807 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7808         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7809 {
7810         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7811         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7812         return 0;
7813 }
7814
7815 /*
7816  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7817  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7818  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7819  */
7820 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7821         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7822 {
7823         struct zone *zone;
7824         int old_percpu_pagelist_fraction;
7825         int ret;
7826
7827         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7828         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7829
7830         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7831         if (!write || ret < 0)
7832                 goto out;
7833
7834         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7835         if (percpu_pagelist_fraction &&
7836             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7837                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7838                 ret = -EINVAL;
7839                 goto out;
7840         }
7841
7842         /* No change? */
7843         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7844                 goto out;
7845
7846         for_each_populated_zone(zone) {
7847                 unsigned int cpu;
7848
7849                 for_each_possible_cpu(cpu)
7850                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7851                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7852         }
7853 out:
7854         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7855         return ret;
7856 }
7857
7858 #ifdef CONFIG_NUMA
7859 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7860
7861 static int __init set_hashdist(char *str)
7862 {
7863         if (!str)
7864                 return 0;
7865         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7866         return 1;
7867 }
7868 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7869 #endif
7870
7871 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7872 /*
7873  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7874  * is not known to alloc_large_system_hash().
7875  */
7876 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7877 {
7878         return 0;
7879 }
7880 #endif
7881
7882 /*
7883  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
7884  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
7885  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
7886  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
7887  * only doubles, instead of quadrupling as well.
7888  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
7889  * makes sense, it is disabled on such platforms.
7890  */
7891 #if __BITS_PER_LONG > 32
7892 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
7893 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
7894 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
7895 #endif
7896
7897 /*
7898  * allocate a large system hash table from bootmem
7899  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7900  *   quantity of entries
7901  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7902  */
7903 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7904                                      unsigned long bucketsize,
7905                                      unsigned long numentries,
7906                                      int scale,
7907                                      int flags,
7908                                      unsigned int *_hash_shift,
7909                                      unsigned int *_hash_mask,
7910                                      unsigned long low_limit,
7911                                      unsigned long high_limit)
7912 {
7913         unsigned long long max = high_limit;
7914         unsigned long log2qty, size;
7915         void *table = NULL;
7916         gfp_t gfp_flags;
7917
7918         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7919         if (!numentries) {
7920                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7921                 numentries = nr_kernel_pages;
7922                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7923
7924                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7925                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7926                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7927
7928 #if __BITS_PER_LONG > 32
7929                 if (!high_limit) {
7930                         unsigned long adapt;
7931
7932                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
7933                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
7934                                 scale++;
7935                 }
7936 #endif
7937
7938                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7939                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7940                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7941                 else
7942                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7943
7944                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7945                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7946                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7947                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7948                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7949                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7950                                 BUG_ON(!numentries);
7951                         }
7952                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7953                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7954         }
7955         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7956
7957         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7958         if (max == 0) {
7959                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7960                 do_div(max, bucketsize);
7961         }
7962         max = min(max, 0x80000000ULL);
7963
7964         if (numentries < low_limit)
7965                 numentries = low_limit;
7966         if (numentries > max)
7967                 numentries = max;
7968
7969         log2qty = ilog2(numentries);
7970
7971         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
7972         do {
7973                 size = bucketsize << log2qty;
7974                 if (flags & HASH_EARLY) {
7975                         if (flags & HASH_ZERO)
7976                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
7977                         else
7978                                 table = memblock_alloc_raw(size,
7979                                                            SMP_CACHE_BYTES);
7980                 } else if (hashdist) {
7981                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
7982                 } else {
7983                         /*
7984                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7985                          * some pages at the end of hash table which
7986                          * alloc_pages_exact() automatically does
7987                          */
7988                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7989                                 table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
7990                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
7991                         }
7992                 }
7993         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7994
7995         if (!table)
7996                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7997
7998         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7999                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
8000
8001         if (_hash_shift)
8002                 *_hash_shift = log2qty;
8003         if (_hash_mask)
8004                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8005
8006         return table;
8007 }
8008
8009 /*
8010  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8011  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
8012  *
8013  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8014  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8015  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8016  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8017  */
8018 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
8019                          int migratetype, int flags)
8020 {
8021         unsigned long found;
8022         unsigned long iter = 0;
8023         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8024         const char *reason = "unmovable page";
8025
8026         /*
8027          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8028          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8029          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8030          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8031          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8032          */
8033
8034         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8035                 /*
8036                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8037                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8038                  * so consider them movable here.
8039                  */
8040                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8041                         return false;
8042
8043                 reason = "CMA page";
8044                 goto unmovable;
8045         }
8046
8047         for (found = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8048                 unsigned long check = pfn + iter;
8049
8050                 if (!pfn_valid_within(check))
8051                         continue;
8052
8053                 page = pfn_to_page(check);
8054
8055                 if (PageReserved(page))
8056                         goto unmovable;
8057
8058                 /*
8059                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8060                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8061                  * is movable.
8062                  */
8063                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8064                         continue;
8065
8066                 /*
8067                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8068                  * We need not scan over tail pages because we don't
8069                  * handle each tail page individually in migration.
8070                  */
8071                 if (PageHuge(page)) {
8072                         struct page *head = compound_head(page);
8073                         unsigned int skip_pages;
8074
8075                         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8076                                 goto unmovable;
8077
8078                         skip_pages = (1 << compound_order(head)) - (page - head);
8079                         iter += skip_pages - 1;
8080                         continue;
8081                 }
8082
8083                 /*
8084                  * We can't use page_count without pin a page
8085                  * because another CPU can free compound page.
8086                  * This check already skips compound tails of THP
8087                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8088                  */
8089                 if (!page_ref_count(page)) {
8090                         if (PageBuddy(page))
8091                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8092                         continue;
8093                 }
8094
8095                 /*
8096                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8097                  * page_count() is not 0.
8098                  */
8099                 if ((flags & SKIP_HWPOISON) && PageHWPoison(page))
8100                         continue;
8101
8102                 if (__PageMovable(page))
8103                         continue;
8104
8105                 if (!PageLRU(page))
8106                         found++;
8107                 /*
8108                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8109                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8110                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8111                  */
8112                 /*
8113                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8114                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8115                  *
8116                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8117                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8118                  * page at boot.
8119                  */
8120                 if (found > count)
8121                         goto unmovable;
8122         }
8123         return false;
8124 unmovable:
8125         WARN_ON_ONCE(zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE);
8126         if (flags & REPORT_FAILURE)
8127                 dump_page(pfn_to_page(pfn + iter), reason);
8128         return true;
8129 }
8130
8131 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
8132
8133 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8134 {
8135         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8136                              pageblock_nr_pages) - 1);
8137 }
8138
8139 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8140 {
8141         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8142                                 pageblock_nr_pages));
8143 }
8144
8145 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8146 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8147                                         unsigned long start, unsigned long end)
8148 {
8149         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8150         unsigned long nr_reclaimed;
8151         unsigned long pfn = start;
8152         unsigned int tries = 0;
8153         int ret = 0;
8154
8155         migrate_prep();
8156
8157         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8158                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8159                         ret = -EINTR;
8160                         break;
8161                 }
8162
8163                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8164                         cc->nr_migratepages = 0;
8165                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8166                         if (!pfn) {
8167                                 ret = -EINTR;
8168                                 break;
8169                         }
8170                         tries = 0;
8171                 } else if (++tries == 5) {
8172                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8173                         break;
8174                 }
8175
8176                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8177                                                         &cc->migratepages);
8178                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8179
8180                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8181                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8182         }
8183         if (ret < 0) {
8184                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8185                 return ret;
8186         }
8187         return 0;
8188 }
8189
8190 /**
8191  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8192  * @start:      start PFN to allocate
8193  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8194  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8195  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8196  *                      in range must have the same migratetype and it must
8197  *                      be either of the two.
8198  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8199  *
8200  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8201  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8202  *
8203  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8204  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8205  * be modified by others.
8206  *
8207  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8208  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8209  * need to be freed with free_contig_range().
8210  */
8211 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8212                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8213 {
8214         unsigned long outer_start, outer_end;
8215         unsigned int order;
8216         int ret = 0;
8217
8218         struct compact_control cc = {
8219                 .nr_migratepages = 0,
8220                 .order = -1,
8221                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8222                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8223                 .ignore_skip_hint = true,
8224                 .no_set_skip_hint = true,
8225                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8226         };
8227         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8228
8229         /*
8230          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8231          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8232          * have different sizes, and due to the way page allocator
8233          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8234          * that page allocator won't try to merge buddies from
8235          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8236          * other migration type.
8237          *
8238          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8239          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8240          * we are interested in).  This will put all the pages in
8241          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8242          *
8243          * When this is done, we take the pages in range from page
8244          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8245          * page allocator will never consider using them.
8246          *
8247          * This lets us mark the pageblocks back as
8248          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8249          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8250          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8251          */
8252
8253         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8254                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8255         if (ret < 0)
8256                 return ret;
8257
8258         /*
8259          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8260          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8261          * which will report the busy page.
8262          *
8263          * It is possible that busy pages could become available before
8264          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8265          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8266          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8267          */
8268         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8269         if (ret && ret != -EBUSY)
8270                 goto done;
8271         ret =0;
8272
8273         /*
8274          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8275          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8276          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8277          * What we are going to do is to allocate all pages from
8278          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8279          *
8280          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8281          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8282          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8283          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8284          * once this is done free the pages we are not interested in.
8285          *
8286          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8287          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8288          */
8289
8290         lru_add_drain_all();
8291
8292         order = 0;
8293         outer_start = start;
8294         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8295                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8296                         outer_start = start;
8297                         break;
8298                 }
8299                 outer_start &= ~0UL << order;
8300         }
8301
8302         if (outer_start != start) {
8303                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8304
8305                 /*
8306                  * outer_start page could be small order buddy page and
8307                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8308                  * in this case to report failed page properly
8309                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8310                  */
8311                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8312                         outer_start = start;
8313         }
8314
8315         /* Make sure the range is really isolated. */
8316         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
8317                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8318                         __func__, outer_start, end);
8319                 ret = -EBUSY;
8320                 goto done;
8321         }
8322
8323         /* Grab isolated pages from freelists. */
8324         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8325         if (!outer_end) {
8326                 ret = -EBUSY;
8327                 goto done;
8328         }
8329
8330         /* Free head and tail (if any) */
8331         if (start != outer_start)
8332                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8333         if (end != outer_end)
8334                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8335
8336 done:
8337         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8338                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8339         return ret;
8340 }
8341
8342 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
8343 {
8344         unsigned int count = 0;
8345
8346         for (; nr_pages--; pfn++) {
8347                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8348
8349                 count += page_count(page) != 1;
8350                 __free_page(page);
8351         }
8352         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8353 }
8354 #endif
8355
8356 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
8357 /*
8358  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8359  * page high values need to be recalulated.
8360  */
8361 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8362 {
8363         unsigned cpu;
8364         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8365         for_each_possible_cpu(cpu)
8366                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8367                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8368         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8369 }
8370 #endif
8371
8372 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8373 {
8374         unsigned long flags;
8375         int cpu;
8376         struct per_cpu_pageset *pset;
8377
8378         /* avoid races with drain_pages()  */
8379         local_irq_save(flags);
8380         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8381                 for_each_online_cpu(cpu) {
8382                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8383                         drain_zonestat(zone, pset);
8384                 }
8385                 free_percpu(zone->pageset);
8386                 zone->pageset = &boot_pageset;
8387         }
8388         local_irq_restore(flags);
8389 }
8390
8391 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8392 /*
8393  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8394  * before calling this.
8395  */
8396 void
8397 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8398 {
8399         struct page *page;
8400         struct zone *zone;
8401         unsigned int order, i;
8402         unsigned long pfn;
8403         unsigned long flags;
8404         /* find the first valid pfn */
8405         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8406                 if (pfn_valid(pfn))
8407                         break;
8408         if (pfn == end_pfn)
8409                 return;
8410         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8411         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8412         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8413         pfn = start_pfn;
8414         while (pfn < end_pfn) {
8415                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8416                         pfn++;
8417                         continue;
8418                 }
8419                 page = pfn_to_page(pfn);
8420                 /*
8421                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8422                  * page_count() is not 0.
8423                  */
8424                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8425                         pfn++;
8426                         SetPageReserved(page);
8427                         continue;
8428                 }
8429
8430                 BUG_ON(page_count(page));
8431                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8432                 order = page_order(page);
8433 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8434                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8435                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8436 #endif
8437                 list_del(&page->lru);
8438                 rmv_page_order(page);
8439                 zone->free_area[order].nr_free--;
8440                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
8441                         SetPageReserved((page+i));
8442                 pfn += (1 << order);
8443         }
8444         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8445 }
8446 #endif
8447
8448 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8449 {
8450         struct zone *zone = page_zone(page);
8451         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8452         unsigned long flags;
8453         unsigned int order;
8454
8455         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8456         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8457                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8458
8459                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8460                         break;
8461         }
8462         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8463
8464         return order < MAX_ORDER;
8465 }
8466
8467 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8468 /*
8469  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8470  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8471  * allocation.
8472  */
8473 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8474 {
8475         struct zone *zone = page_zone(page);
8476         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8477         unsigned long flags;
8478         unsigned int order;
8479         bool hwpoisoned = false;
8480
8481         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8482         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8483                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8484
8485                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8486                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8487                                 hwpoisoned = true;
8488                         break;
8489                 }
8490         }
8491         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8492
8493         return hwpoisoned;
8494 }
8495 #endif