mm/filemap.c: unexport find_get_entry
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/sched/mm.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67 #include <linux/ftrace.h>
68 #include <linux/lockdep.h>
69 #include <linux/nmi.h>
70 #include <linux/psi.h>
71
72 #include <asm/sections.h>
73 #include <asm/tlbflush.h>
74 #include <asm/div64.h>
75 #include "internal.h"
76 #include "shuffle.h"
77
78 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
79 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
80 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
81
82 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
83 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
84 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
85 #endif
86
87 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
88
89 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
90 /*
91  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
92  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
93  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
94  * defined in <linux/topology.h>.
95  */
96 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
97 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
98 #endif
99
100 /* work_structs for global per-cpu drains */
101 struct pcpu_drain {
102         struct zone *zone;
103         struct work_struct work;
104 };
105 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
106 DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
107
108 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
109 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
110 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
111 #endif
112
113 /*
114  * Array of node states.
115  */
116 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
117         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
118         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
119 #ifndef CONFIG_NUMA
120         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
121 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
122         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
123 #endif
124         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
125         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
126 #endif  /* NUMA */
127 };
128 EXPORT_SYMBOL(node_states);
129
130 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
131 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
132 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
133 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
134
135 int percpu_pagelist_fraction;
136 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
137 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
138 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
139 #else
140 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
141 #endif
142 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
143
144 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
145 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
146 #else
147 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
148 #endif
149 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
150
151 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
152 {
153         int ret;
154         bool bool_result;
155
156         if (!buf)
157                 return -EINVAL;
158         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
159         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
160                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
161         if (bool_result)
162                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
163         else
164                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
165         return ret;
166 }
167 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
168
169 static int __init early_init_on_free(char *buf)
170 {
171         int ret;
172         bool bool_result;
173
174         if (!buf)
175                 return -EINVAL;
176         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
177         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
178                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
179         if (bool_result)
180                 static_branch_enable(&init_on_free);
181         else
182                 static_branch_disable(&init_on_free);
183         return ret;
184 }
185 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
186
187 /*
188  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
189  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
190  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
191  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
192  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
193  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
194  */
195 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
196 {
197         return page->index;
198 }
199
200 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
201 {
202         page->index = migratetype;
203 }
204
205 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
206 /*
207  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
208  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
209  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
210  * they should always be called with system_transition_mutex held
211  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
212  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
213  * with that modification).
214  */
215
216 static gfp_t saved_gfp_mask;
217
218 void pm_restore_gfp_mask(void)
219 {
220         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
221         if (saved_gfp_mask) {
222                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
223                 saved_gfp_mask = 0;
224         }
225 }
226
227 void pm_restrict_gfp_mask(void)
228 {
229         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
230         WARN_ON(saved_gfp_mask);
231         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
232         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
233 }
234
235 bool pm_suspended_storage(void)
236 {
237         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
238                 return false;
239         return true;
240 }
241 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
242
243 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
244 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
245 #endif
246
247 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
248
249 /*
250  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
251  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
252  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
253  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
254  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
255  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
256  *
257  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
258  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
259  */
260 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
261 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
262         [ZONE_DMA] = 256,
263 #endif
264 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
265         [ZONE_DMA32] = 256,
266 #endif
267         [ZONE_NORMAL] = 32,
268 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
269         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
270 #endif
271         [ZONE_MOVABLE] = 0,
272 };
273
274 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
275 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
276          "DMA",
277 #endif
278 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
279          "DMA32",
280 #endif
281          "Normal",
282 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
283          "HighMem",
284 #endif
285          "Movable",
286 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
287          "Device",
288 #endif
289 };
290
291 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
292         "Unmovable",
293         "Movable",
294         "Reclaimable",
295         "HighAtomic",
296 #ifdef CONFIG_CMA
297         "CMA",
298 #endif
299 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
300         "Isolate",
301 #endif
302 };
303
304 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
305         NULL,
306         free_compound_page,
307 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
308         free_huge_page,
309 #endif
310 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
311         free_transhuge_page,
312 #endif
313 };
314
315 int min_free_kbytes = 1024;
316 int user_min_free_kbytes = -1;
317 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
318 /*
319  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
320  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
321  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
322  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
323  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
324  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
325  * fragmentation avoidance.
326  */
327 int watermark_boost_factor __read_mostly;
328 #else
329 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
330 #endif
331 int watermark_scale_factor = 10;
332
333 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
334 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
335 static unsigned long dma_reserve __initdata;
336
337 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
338 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
339 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
340 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
341 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
342 static unsigned long required_movablecore __initdata;
343 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
344 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
345 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
346
347 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
348 int movable_zone;
349 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
350 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
351
352 #if MAX_NUMNODES > 1
353 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
354 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
355 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
356 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
357 #endif
358
359 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
360
361 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
362 /*
363  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
364  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
365  * and we can permanently disable that path.
366  */
367 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
368
369 /*
370  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
371  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
372  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
373  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
374  *
375  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
376  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
377  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
378  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
379  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
380  * initialization is done, but this is not likely to happen.
381  */
382 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
383 {
384         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
385                 kasan_free_pages(page, order);
386 }
387
388 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
389 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
390 {
391         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
392
393         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
394                 return true;
395
396         return false;
397 }
398
399 /*
400  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
401  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
402  */
403 static bool __meminit
404 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
405 {
406         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
407
408         /*
409          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
410          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
411          */
412         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
413                 prev_end_pfn = end_pfn;
414                 nr_initialised = 0;
415         }
416
417         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
418         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
419                 return false;
420
421         /*
422          * We start only with one section of pages, more pages are added as
423          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
424          */
425         nr_initialised++;
426         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
427             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
428                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
429                 return true;
430         }
431         return false;
432 }
433 #else
434 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
435
436 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
437 {
438         return false;
439 }
440
441 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
442 {
443         return false;
444 }
445 #endif
446
447 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
448 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
449                                                         unsigned long pfn)
450 {
451 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
452         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
453 #else
454         return page_zone(page)->pageblock_flags;
455 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
456 }
457
458 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
459 {
460 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
461         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
462         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
463 #else
464         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
465         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
466 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
467 }
468
469 /**
470  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
471  * @page: The page within the block of interest
472  * @pfn: The target page frame number
473  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
474  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
475  *
476  * Return: pageblock_bits flags
477  */
478 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
479                                         unsigned long pfn,
480                                         unsigned long end_bitidx,
481                                         unsigned long mask)
482 {
483         unsigned long *bitmap;
484         unsigned long bitidx, word_bitidx;
485         unsigned long word;
486
487         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
488         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
489         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
490         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
491
492         word = bitmap[word_bitidx];
493         bitidx += end_bitidx;
494         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
495 }
496
497 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
498                                         unsigned long end_bitidx,
499                                         unsigned long mask)
500 {
501         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
502 }
503
504 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
505 {
506         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
507 }
508
509 /**
510  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
511  * @page: The page within the block of interest
512  * @flags: The flags to set
513  * @pfn: The target page frame number
514  * @end_bitidx: The last bit of interest
515  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
516  */
517 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
518                                         unsigned long pfn,
519                                         unsigned long end_bitidx,
520                                         unsigned long mask)
521 {
522         unsigned long *bitmap;
523         unsigned long bitidx, word_bitidx;
524         unsigned long old_word, word;
525
526         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
527         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
528
529         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
530         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
531         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
532         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
533
534         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
535
536         bitidx += end_bitidx;
537         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
538         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
539
540         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
541         for (;;) {
542                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
543                 if (word == old_word)
544                         break;
545                 word = old_word;
546         }
547 }
548
549 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
550 {
551         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
552                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
553                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
554
555         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
556                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
557 }
558
559 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
560 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
561 {
562         int ret = 0;
563         unsigned seq;
564         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
565         unsigned long sp, start_pfn;
566
567         do {
568                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
569                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
570                 sp = zone->spanned_pages;
571                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
572                         ret = 1;
573         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
574
575         if (ret)
576                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
577                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
578                         start_pfn, start_pfn + sp);
579
580         return ret;
581 }
582
583 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
584 {
585         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
586                 return 0;
587         if (zone != page_zone(page))
588                 return 0;
589
590         return 1;
591 }
592 /*
593  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
594  */
595 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
596 {
597         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
598                 return 1;
599         if (!page_is_consistent(zone, page))
600                 return 1;
601
602         return 0;
603 }
604 #else
605 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
606 {
607         return 0;
608 }
609 #endif
610
611 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
612                 unsigned long bad_flags)
613 {
614         static unsigned long resume;
615         static unsigned long nr_shown;
616         static unsigned long nr_unshown;
617
618         /*
619          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
620          * or allow a steady drip of one report per second.
621          */
622         if (nr_shown == 60) {
623                 if (time_before(jiffies, resume)) {
624                         nr_unshown++;
625                         goto out;
626                 }
627                 if (nr_unshown) {
628                         pr_alert(
629                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
630                                 nr_unshown);
631                         nr_unshown = 0;
632                 }
633                 nr_shown = 0;
634         }
635         if (nr_shown++ == 0)
636                 resume = jiffies + 60 * HZ;
637
638         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
639                 current->comm, page_to_pfn(page));
640         __dump_page(page, reason);
641         bad_flags &= page->flags;
642         if (bad_flags)
643                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
644                                                 bad_flags, &bad_flags);
645         dump_page_owner(page);
646
647         print_modules();
648         dump_stack();
649 out:
650         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
651         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
652         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
653 }
654
655 /*
656  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
657  *
658  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
659  *
660  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
661  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
662  *
663  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
664  * page destructors. See compound_page_dtors.
665  *
666  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
667  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
668  */
669
670 void free_compound_page(struct page *page)
671 {
672         mem_cgroup_uncharge(page);
673         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
674 }
675
676 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
677 {
678         int i;
679         int nr_pages = 1 << order;
680
681         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
682         set_compound_order(page, order);
683         __SetPageHead(page);
684         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
685                 struct page *p = page + i;
686                 set_page_count(p, 0);
687                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
688                 set_compound_head(p, page);
689         }
690         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
691 }
692
693 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
694 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
695
696 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
697                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
698 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
699 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
700 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
701
702 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
703
704 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
705 {
706         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
707 }
708 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
709
710 void init_debug_pagealloc(void)
711 {
712         if (!debug_pagealloc_enabled())
713                 return;
714
715         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
716
717         if (!debug_guardpage_minorder())
718                 return;
719
720         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
721 }
722
723 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
724 {
725         unsigned long res;
726
727         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
728                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
729                 return 0;
730         }
731         _debug_guardpage_minorder = res;
732         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
733         return 0;
734 }
735 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
736
737 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
738                                 unsigned int order, int migratetype)
739 {
740         if (!debug_guardpage_enabled())
741                 return false;
742
743         if (order >= debug_guardpage_minorder())
744                 return false;
745
746         __SetPageGuard(page);
747         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
748         set_page_private(page, order);
749         /* Guard pages are not available for any usage */
750         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
751
752         return true;
753 }
754
755 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
756                                 unsigned int order, int migratetype)
757 {
758         if (!debug_guardpage_enabled())
759                 return;
760
761         __ClearPageGuard(page);
762
763         set_page_private(page, 0);
764         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
765                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
766 }
767 #else
768 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
769                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
770 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
771                                 unsigned int order, int migratetype) {}
772 #endif
773
774 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
775 {
776         set_page_private(page, order);
777         __SetPageBuddy(page);
778 }
779
780 /*
781  * This function checks whether a page is free && is the buddy
782  * we can coalesce a page and its buddy if
783  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
784  * (b) the buddy is in the buddy system &&
785  * (c) a page and its buddy have the same order &&
786  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
787  *
788  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
789  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
790  *
791  * For recording page's order, we use page_private(page).
792  */
793 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
794                                                         unsigned int order)
795 {
796         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
797                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
798                         return 0;
799
800                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
801
802                 return 1;
803         }
804
805         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
806                 /*
807                  * zone check is done late to avoid uselessly
808                  * calculating zone/node ids for pages that could
809                  * never merge.
810                  */
811                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
812                         return 0;
813
814                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
815
816                 return 1;
817         }
818         return 0;
819 }
820
821 #ifdef CONFIG_COMPACTION
822 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
823 {
824         struct capture_control *capc = current->capture_control;
825
826         return capc &&
827                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
828                 !capc->page &&
829                 capc->cc->zone == zone &&
830                 capc->cc->direct_compaction ? capc : NULL;
831 }
832
833 static inline bool
834 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
835                    int order, int migratetype)
836 {
837         if (!capc || order != capc->cc->order)
838                 return false;
839
840         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
841         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
842             is_migrate_isolate(migratetype))
843                 return false;
844
845         /*
846          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
847          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
848          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
849          * have trouble finding a high-order free page.
850          */
851         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
852                 return false;
853
854         capc->page = page;
855         return true;
856 }
857
858 #else
859 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
860 {
861         return NULL;
862 }
863
864 static inline bool
865 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
866                    int order, int migratetype)
867 {
868         return false;
869 }
870 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
871
872 /*
873  * Freeing function for a buddy system allocator.
874  *
875  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
876  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
877  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
878  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
879  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
880  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
881  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
882  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
883  * parts of the VM system.
884  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
885  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
886  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
887  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
888  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
889  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
890  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
891  * triggers coalescing into a block of larger size.
892  *
893  * -- nyc
894  */
895
896 static inline void __free_one_page(struct page *page,
897                 unsigned long pfn,
898                 struct zone *zone, unsigned int order,
899                 int migratetype)
900 {
901         unsigned long combined_pfn;
902         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
903         struct page *buddy;
904         unsigned int max_order;
905         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
906
907         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
908
909         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
910         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
911
912         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
913         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
914                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
915
916         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
917         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
918
919 continue_merging:
920         while (order < max_order - 1) {
921                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
922                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
923                                                                 migratetype);
924                         return;
925                 }
926                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
927                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
928
929                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
930                         goto done_merging;
931                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
932                         goto done_merging;
933                 /*
934                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
935                  * merge with it and move up one order.
936                  */
937                 if (page_is_guard(buddy))
938                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
939                 else
940                         del_page_from_free_area(buddy, &zone->free_area[order]);
941                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
942                 page = page + (combined_pfn - pfn);
943                 pfn = combined_pfn;
944                 order++;
945         }
946         if (max_order < MAX_ORDER) {
947                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
948                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
949                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
950                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
951                  *
952                  * We don't want to hit this code for the more frequent
953                  * low-order merging.
954                  */
955                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
956                         int buddy_mt;
957
958                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
959                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
960                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
961
962                         if (migratetype != buddy_mt
963                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
964                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
965                                 goto done_merging;
966                 }
967                 max_order++;
968                 goto continue_merging;
969         }
970
971 done_merging:
972         set_page_order(page, order);
973
974         /*
975          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
976          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
977          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
978          * that is happening, add the free page to the tail of the list
979          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
980          * as a higher order page
981          */
982         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)
983                         && !is_shuffle_order(order)) {
984                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
985                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
986                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
987                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
988                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
989                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
990                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
991                         add_to_free_area_tail(page, &zone->free_area[order],
992                                               migratetype);
993                         return;
994                 }
995         }
996
997         if (is_shuffle_order(order))
998                 add_to_free_area_random(page, &zone->free_area[order],
999                                 migratetype);
1000         else
1001                 add_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
1002
1003 }
1004
1005 /*
1006  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1007  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1008  * check if necessary.
1009  */
1010 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1011                                         unsigned long check_flags)
1012 {
1013         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1014                 return false;
1015
1016         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1017                         page_ref_count(page) |
1018 #ifdef CONFIG_MEMCG
1019                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1020 #endif
1021                         (page->flags & check_flags)))
1022                 return false;
1023
1024         return true;
1025 }
1026
1027 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
1028 {
1029         const char *bad_reason;
1030         unsigned long bad_flags;
1031
1032         bad_reason = NULL;
1033         bad_flags = 0;
1034
1035         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1036                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1037         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1038                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1039         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1040                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1041         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
1042                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1043                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
1044         }
1045 #ifdef CONFIG_MEMCG
1046         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1047                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1048 #endif
1049         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1050 }
1051
1052 static inline int free_pages_check(struct page *page)
1053 {
1054         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1055                 return 0;
1056
1057         /* Something has gone sideways, find it */
1058         free_pages_check_bad(page);
1059         return 1;
1060 }
1061
1062 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1063 {
1064         int ret = 1;
1065
1066         /*
1067          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1068          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1069          */
1070         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1071
1072         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1073                 ret = 0;
1074                 goto out;
1075         }
1076         switch (page - head_page) {
1077         case 1:
1078                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1079                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1080                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
1081                         goto out;
1082                 }
1083                 break;
1084         case 2:
1085                 /*
1086                  * the second tail page: ->mapping is
1087                  * deferred_list.next -- ignore value.
1088                  */
1089                 break;
1090         default:
1091                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1092                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
1093                         goto out;
1094                 }
1095                 break;
1096         }
1097         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1098                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
1099                 goto out;
1100         }
1101         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1102                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
1103                 goto out;
1104         }
1105         ret = 0;
1106 out:
1107         page->mapping = NULL;
1108         clear_compound_head(page);
1109         return ret;
1110 }
1111
1112 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1113 {
1114         int i;
1115
1116         for (i = 0; i < numpages; i++)
1117                 clear_highpage(page + i);
1118 }
1119
1120 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1121                                         unsigned int order, bool check_free)
1122 {
1123         int bad = 0;
1124
1125         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1126
1127         trace_mm_page_free(page, order);
1128
1129         /*
1130          * Check tail pages before head page information is cleared to
1131          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1132          */
1133         if (unlikely(order)) {
1134                 bool compound = PageCompound(page);
1135                 int i;
1136
1137                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1138
1139                 if (compound)
1140                         ClearPageDoubleMap(page);
1141                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1142                         if (compound)
1143                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1144                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1145                                 bad++;
1146                                 continue;
1147                         }
1148                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1149                 }
1150         }
1151         if (PageMappingFlags(page))
1152                 page->mapping = NULL;
1153         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1154                 __memcg_kmem_uncharge(page, order);
1155         if (check_free)
1156                 bad += free_pages_check(page);
1157         if (bad)
1158                 return false;
1159
1160         page_cpupid_reset_last(page);
1161         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1162         reset_page_owner(page, order);
1163
1164         if (!PageHighMem(page)) {
1165                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1166                                            PAGE_SIZE << order);
1167                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1168                                            PAGE_SIZE << order);
1169         }
1170         if (want_init_on_free())
1171                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1172
1173         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1174         /*
1175          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1176          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1177          * happen after this.
1178          */
1179         arch_free_page(page, order);
1180
1181         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1182                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1183
1184         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1185
1186         return true;
1187 }
1188
1189 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1190 /*
1191  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1192  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1193  * moved from pcp lists to free lists.
1194  */
1195 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1196 {
1197         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1198 }
1199
1200 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1201 {
1202         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1203                 return free_pages_check(page);
1204         else
1205                 return false;
1206 }
1207 #else
1208 /*
1209  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1210  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1211  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1212  * to the pcp lists.
1213  */
1214 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1215 {
1216         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1217                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1218         else
1219                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1220 }
1221
1222 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1223 {
1224         return free_pages_check(page);
1225 }
1226 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1227
1228 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1229 {
1230         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1231         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1232         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1233
1234         prefetch(buddy);
1235 }
1236
1237 /*
1238  * Frees a number of pages from the PCP lists
1239  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1240  * count is the number of pages to free.
1241  *
1242  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1243  * see if this freeing clears that state.
1244  *
1245  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1246  * pinned" detection logic.
1247  */
1248 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1249                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1250 {
1251         int migratetype = 0;
1252         int batch_free = 0;
1253         int prefetch_nr = 0;
1254         bool isolated_pageblocks;
1255         struct page *page, *tmp;
1256         LIST_HEAD(head);
1257
1258         while (count) {
1259                 struct list_head *list;
1260
1261                 /*
1262                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1263                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1264                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1265                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1266                  * lists
1267                  */
1268                 do {
1269                         batch_free++;
1270                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1271                                 migratetype = 0;
1272                         list = &pcp->lists[migratetype];
1273                 } while (list_empty(list));
1274
1275                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1276                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1277                         batch_free = count;
1278
1279                 do {
1280                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1281                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1282                         list_del(&page->lru);
1283                         pcp->count--;
1284
1285                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1286                                 continue;
1287
1288                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1289
1290                         /*
1291                          * We are going to put the page back to the global
1292                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1293                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1294                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1295                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1296                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1297                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1298                          */
1299                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1300                                 prefetch_buddy(page);
1301                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1302         }
1303
1304         spin_lock(&zone->lock);
1305         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1306
1307         /*
1308          * Use safe version since after __free_one_page(),
1309          * page->lru.next will not point to original list.
1310          */
1311         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1312                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1313                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1314                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1315                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1316                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1317                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1318
1319                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1320                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1321         }
1322         spin_unlock(&zone->lock);
1323 }
1324
1325 static void free_one_page(struct zone *zone,
1326                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1327                                 unsigned int order,
1328                                 int migratetype)
1329 {
1330         spin_lock(&zone->lock);
1331         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1332                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1333                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1334         }
1335         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1336         spin_unlock(&zone->lock);
1337 }
1338
1339 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1340                                 unsigned long zone, int nid)
1341 {
1342         mm_zero_struct_page(page);
1343         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1344         init_page_count(page);
1345         page_mapcount_reset(page);
1346         page_cpupid_reset_last(page);
1347         page_kasan_tag_reset(page);
1348
1349         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1350 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1351         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1352         if (!is_highmem_idx(zone))
1353                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1354 #endif
1355 }
1356
1357 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1358 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1359 {
1360         pg_data_t *pgdat;
1361         int nid, zid;
1362
1363         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1364                 return;
1365
1366         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1367         pgdat = NODE_DATA(nid);
1368
1369         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1370                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1371
1372                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1373                         break;
1374         }
1375         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1376 }
1377 #else
1378 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1379 {
1380 }
1381 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1382
1383 /*
1384  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1385  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1386  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1387  * sent to the buddy page allocator.
1388  */
1389 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1390 {
1391         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1392         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1393
1394         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1395                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1396                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1397
1398                         init_reserved_page(start_pfn);
1399
1400                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1401                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1402
1403                         /*
1404                          * no need for atomic set_bit because the struct
1405                          * page is not visible yet so nobody should
1406                          * access it yet.
1407                          */
1408                         __SetPageReserved(page);
1409                 }
1410         }
1411 }
1412
1413 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1414 {
1415         unsigned long flags;
1416         int migratetype;
1417         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1418
1419         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1420                 return;
1421
1422         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1423         local_irq_save(flags);
1424         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1425         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1426         local_irq_restore(flags);
1427 }
1428
1429 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1430 {
1431         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1432         struct page *p = page;
1433         unsigned int loop;
1434
1435         prefetchw(p);
1436         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1437                 prefetchw(p + 1);
1438                 __ClearPageReserved(p);
1439                 set_page_count(p, 0);
1440         }
1441         __ClearPageReserved(p);
1442         set_page_count(p, 0);
1443
1444         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1445         set_page_refcounted(page);
1446         __free_pages(page, order);
1447 }
1448
1449 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1450         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1451
1452 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1453
1454 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1455 {
1456         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1457         int nid;
1458
1459         spin_lock(&early_pfn_lock);
1460         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1461         if (nid < 0)
1462                 nid = first_online_node;
1463         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1464
1465         return nid;
1466 }
1467 #endif
1468
1469 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1470 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1471 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1472 {
1473         int nid;
1474
1475         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1476         if (nid >= 0 && nid != node)
1477                 return false;
1478         return true;
1479 }
1480
1481 #else
1482 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1483 {
1484         return true;
1485 }
1486 #endif
1487
1488
1489 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1490                                                         unsigned int order)
1491 {
1492         if (early_page_uninitialised(pfn))
1493                 return;
1494         __free_pages_core(page, order);
1495 }
1496
1497 /*
1498  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1499  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1500  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1501  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1502  * pageblocks.
1503  *
1504  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1505  *
1506  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1507  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1508  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1509  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1510  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1511  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1512  * page in a pageblock.
1513  */
1514 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1515                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1516 {
1517         struct page *start_page;
1518         struct page *end_page;
1519
1520         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1521         end_pfn--;
1522
1523         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1524                 return NULL;
1525
1526         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1527         if (!start_page)
1528                 return NULL;
1529
1530         if (page_zone(start_page) != zone)
1531                 return NULL;
1532
1533         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1534
1535         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1536         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1537                 return NULL;
1538
1539         return start_page;
1540 }
1541
1542 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1543 {
1544         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1545         unsigned long block_end_pfn;
1546
1547         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1548         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1549                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1550                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1551
1552                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1553
1554                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1555                                              block_end_pfn, zone))
1556                         return;
1557         }
1558
1559         /* We confirm that there is no hole */
1560         zone->contiguous = true;
1561 }
1562
1563 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1564 {
1565         zone->contiguous = false;
1566 }
1567
1568 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1569 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1570                                        unsigned long nr_pages)
1571 {
1572         struct page *page;
1573         unsigned long i;
1574
1575         if (!nr_pages)
1576                 return;
1577
1578         page = pfn_to_page(pfn);
1579
1580         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1581         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1582             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1583                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1584                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1585                 return;
1586         }
1587
1588         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1589                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1590                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1591                 __free_pages_core(page, 0);
1592         }
1593 }
1594
1595 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1596 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1597 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1598
1599 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1600 {
1601         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1602                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1603 }
1604
1605 /*
1606  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1607  *
1608  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1609  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1610  * function is optimized out.
1611  *
1612  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1613  * of the head pfn.
1614  */
1615 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1616 {
1617         if (!pfn_valid_within(pfn))
1618                 return false;
1619         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1620                 return false;
1621         return true;
1622 }
1623
1624 /*
1625  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1626  * pageblock_nr_pages sizes.
1627  */
1628 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1629                                        unsigned long end_pfn)
1630 {
1631         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1632         unsigned long nr_free = 0;
1633
1634         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1635                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1636                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1637                         nr_free = 0;
1638                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1639                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1640                         nr_free = 1;
1641                         touch_nmi_watchdog();
1642                 } else {
1643                         nr_free++;
1644                 }
1645         }
1646         /* Free the last block of pages to allocator */
1647         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1648 }
1649
1650 /*
1651  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1652  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1653  * Return number of pages initialized.
1654  */
1655 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1656                                                  unsigned long pfn,
1657                                                  unsigned long end_pfn)
1658 {
1659         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1660         int nid = zone_to_nid(zone);
1661         unsigned long nr_pages = 0;
1662         int zid = zone_idx(zone);
1663         struct page *page = NULL;
1664
1665         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1666                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1667                         page = NULL;
1668                         continue;
1669                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1670                         page = pfn_to_page(pfn);
1671                         touch_nmi_watchdog();
1672                 } else {
1673                         page++;
1674                 }
1675                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1676                 nr_pages++;
1677         }
1678         return (nr_pages);
1679 }
1680
1681 /*
1682  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1683  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1684  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1685  * return false indicating there are no valid ranges left.
1686  */
1687 static bool __init
1688 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1689                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1690                                     unsigned long first_init_pfn)
1691 {
1692         u64 j;
1693
1694         /*
1695          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1696          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1697          * so we just need to flush them out of the system.
1698          */
1699         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1700                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1701                         continue;
1702                 if (*spfn < first_init_pfn)
1703                         *spfn = first_init_pfn;
1704                 *i = j;
1705                 return true;
1706         }
1707
1708         return false;
1709 }
1710
1711 /*
1712  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1713  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1714  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1715  * page in __free_one_page()).
1716  *
1717  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1718  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1719  * any issues with the buddy page computation.
1720  */
1721 static unsigned long __init
1722 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1723                        unsigned long *end_pfn)
1724 {
1725         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1726         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1727         unsigned long nr_pages = 0;
1728         u64 j = *i;
1729
1730         /* First we loop through and initialize the page values */
1731         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1732                 unsigned long t;
1733
1734                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1735                         break;
1736
1737                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1738                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1739
1740                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1741                         *start_pfn = mo_pfn;
1742                         break;
1743                 }
1744         }
1745
1746         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1747         swap(j, *i);
1748
1749         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1750                 unsigned long t;
1751
1752                 if (mo_pfn <= spfn)
1753                         break;
1754
1755                 t = min(mo_pfn, epfn);
1756                 deferred_free_pages(spfn, t);
1757
1758                 if (mo_pfn <= epfn)
1759                         break;
1760         }
1761
1762         return nr_pages;
1763 }
1764
1765 /* Initialise remaining memory on a node */
1766 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1767 {
1768         pg_data_t *pgdat = data;
1769         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1770         unsigned long spfn = 0, epfn = 0, nr_pages = 0;
1771         unsigned long first_init_pfn, flags;
1772         unsigned long start = jiffies;
1773         struct zone *zone;
1774         int zid;
1775         u64 i;
1776
1777         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1778         if (!cpumask_empty(cpumask))
1779                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1780
1781         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1782         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1783         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1784                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1785                 pgdat_init_report_one_done();
1786                 return 0;
1787         }
1788
1789         /* Sanity check boundaries */
1790         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1791         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1792         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1793
1794         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1795         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1796                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1797                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1798                         break;
1799         }
1800
1801         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1802         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1803                                                  first_init_pfn))
1804                 goto zone_empty;
1805
1806         /*
1807          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1808          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1809          * allocator.
1810          */
1811         while (spfn < epfn)
1812                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1813 zone_empty:
1814         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1815
1816         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1817         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1818
1819         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n",
1820                 pgdat->node_id, nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1821
1822         pgdat_init_report_one_done();
1823         return 0;
1824 }
1825
1826 /*
1827  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1828  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1829  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1830  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1831  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1832  *
1833  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1834  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1835  * enough pages to satisfy the allocation.
1836  *
1837  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1838  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1839  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1840  */
1841 static noinline bool __init
1842 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1843 {
1844         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1845         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1846         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1847         unsigned long spfn, epfn, flags;
1848         unsigned long nr_pages = 0;
1849         u64 i;
1850
1851         /* Only the last zone may have deferred pages */
1852         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1853                 return false;
1854
1855         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1856
1857         /*
1858          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1859          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1860          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1861          * has this static branch.
1862          */
1863         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1864                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1865                 return true;
1866         }
1867
1868         /*
1869          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1870          * true, as there might be enough pages already.
1871          */
1872         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1873                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1874                 return true;
1875         }
1876
1877         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1878         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1879                                                  first_deferred_pfn)) {
1880                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1881                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1882                 /* Retry only once. */
1883                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1884         }
1885
1886         /*
1887          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1888          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1889          * allocator.
1890          */
1891         while (spfn < epfn) {
1892                 /* update our first deferred PFN for this section */
1893                 first_deferred_pfn = spfn;
1894
1895                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1896
1897                 /* We should only stop along section boundaries */
1898                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1899                         continue;
1900
1901                 /* If our quota has been met we can stop here */
1902                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1903                         break;
1904         }
1905
1906         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1907         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1908
1909         return nr_pages > 0;
1910 }
1911
1912 /*
1913  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1914  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1915  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1916  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1917  */
1918 static bool __ref
1919 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1920 {
1921         return deferred_grow_zone(zone, order);
1922 }
1923
1924 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1925
1926 void __init page_alloc_init_late(void)
1927 {
1928         struct zone *zone;
1929         int nid;
1930
1931 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1932
1933         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1934         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1935         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1936                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1937         }
1938
1939         /* Block until all are initialised */
1940         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1941
1942         /*
1943          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
1944          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
1945          * will be artificially small.
1946          */
1947         for_each_populated_zone(zone)
1948                 zone_pcp_update(zone);
1949
1950         /*
1951          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1952          * on-demand struct page initialization.
1953          */
1954         static_branch_disable(&deferred_pages);
1955
1956         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1957         files_maxfiles_init();
1958 #endif
1959
1960         /* Discard memblock private memory */
1961         memblock_discard();
1962
1963         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
1964                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
1965
1966         for_each_populated_zone(zone)
1967                 set_zone_contiguous(zone);
1968 }
1969
1970 #ifdef CONFIG_CMA
1971 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1972 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1973 {
1974         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1975         struct page *p = page;
1976
1977         do {
1978                 __ClearPageReserved(p);
1979                 set_page_count(p, 0);
1980         } while (++p, --i);
1981
1982         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1983
1984         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1985                 i = pageblock_nr_pages;
1986                 p = page;
1987                 do {
1988                         set_page_refcounted(p);
1989                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1990                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1991                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1992         } else {
1993                 set_page_refcounted(page);
1994                 __free_pages(page, pageblock_order);
1995         }
1996
1997         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1998 }
1999 #endif
2000
2001 /*
2002  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2003  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2004  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2005  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2006  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2007  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2008  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2009  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2010  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2011  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2012  *
2013  * -- nyc
2014  */
2015 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2016         int low, int high, struct free_area *area,
2017         int migratetype)
2018 {
2019         unsigned long size = 1 << high;
2020
2021         while (high > low) {
2022                 area--;
2023                 high--;
2024                 size >>= 1;
2025                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2026
2027                 /*
2028                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2029                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2030                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2031                  * pages will stay not present in virtual address space
2032                  */
2033                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2034                         continue;
2035
2036                 add_to_free_area(&page[size], area, migratetype);
2037                 set_page_order(&page[size], high);
2038         }
2039 }
2040
2041 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2042 {
2043         const char *bad_reason = NULL;
2044         unsigned long bad_flags = 0;
2045
2046         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
2047                 bad_reason = "nonzero mapcount";
2048         if (unlikely(page->mapping != NULL))
2049                 bad_reason = "non-NULL mapping";
2050         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
2051                 bad_reason = "nonzero _refcount";
2052         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2053                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
2054                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
2055                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2056                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2057                 return;
2058         }
2059         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
2060                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
2061                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
2062         }
2063 #ifdef CONFIG_MEMCG
2064         if (unlikely(page->mem_cgroup))
2065                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
2066 #endif
2067         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
2068 }
2069
2070 /*
2071  * This page is about to be returned from the page allocator
2072  */
2073 static inline int check_new_page(struct page *page)
2074 {
2075         if (likely(page_expected_state(page,
2076                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2077                 return 0;
2078
2079         check_new_page_bad(page);
2080         return 1;
2081 }
2082
2083 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2084 {
2085         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2086                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2087 }
2088
2089 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2090 /*
2091  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2092  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2093  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2094  */
2095 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2096 {
2097         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2098                 return check_new_page(page);
2099         else
2100                 return false;
2101 }
2102
2103 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2104 {
2105         return check_new_page(page);
2106 }
2107 #else
2108 /*
2109  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2110  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2111  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2112  */
2113 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2114 {
2115         return check_new_page(page);
2116 }
2117 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2118 {
2119         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2120                 return check_new_page(page);
2121         else
2122                 return false;
2123 }
2124 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2125
2126 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2127 {
2128         int i;
2129         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2130                 struct page *p = page + i;
2131
2132                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2133                         return true;
2134         }
2135
2136         return false;
2137 }
2138
2139 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2140                                 gfp_t gfp_flags)
2141 {
2142         set_page_private(page, 0);
2143         set_page_refcounted(page);
2144
2145         arch_alloc_page(page, order);
2146         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2147                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2148         kasan_alloc_pages(page, order);
2149         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2150         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2151 }
2152
2153 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2154                                                         unsigned int alloc_flags)
2155 {
2156         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2157
2158         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2159                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2160
2161         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2162                 prep_compound_page(page, order);
2163
2164         /*
2165          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2166          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2167          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2168          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2169          */
2170         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2171                 set_page_pfmemalloc(page);
2172         else
2173                 clear_page_pfmemalloc(page);
2174 }
2175
2176 /*
2177  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2178  * the smallest available page from the freelists
2179  */
2180 static __always_inline
2181 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2182                                                 int migratetype)
2183 {
2184         unsigned int current_order;
2185         struct free_area *area;
2186         struct page *page;
2187
2188         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2189         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2190                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2191                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2192                 if (!page)
2193                         continue;
2194                 del_page_from_free_area(page, area);
2195                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
2196                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2197                 return page;
2198         }
2199
2200         return NULL;
2201 }
2202
2203
2204 /*
2205  * This array describes the order lists are fallen back to when
2206  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2207  */
2208 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2209         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2210         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2211         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2212 #ifdef CONFIG_CMA
2213         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2214 #endif
2215 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2216         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2217 #endif
2218 };
2219
2220 #ifdef CONFIG_CMA
2221 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2222                                         unsigned int order)
2223 {
2224         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2225 }
2226 #else
2227 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2228                                         unsigned int order) { return NULL; }
2229 #endif
2230
2231 /*
2232  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2233  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2234  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2235  */
2236 static int move_freepages(struct zone *zone,
2237                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2238                           int migratetype, int *num_movable)
2239 {
2240         struct page *page;
2241         unsigned int order;
2242         int pages_moved = 0;
2243
2244         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2245                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2246                         page++;
2247                         continue;
2248                 }
2249
2250                 if (!PageBuddy(page)) {
2251                         /*
2252                          * We assume that pages that could be isolated for
2253                          * migration are movable. But we don't actually try
2254                          * isolating, as that would be expensive.
2255                          */
2256                         if (num_movable &&
2257                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2258                                 (*num_movable)++;
2259
2260                         page++;
2261                         continue;
2262                 }
2263
2264                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2265                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2266                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2267
2268                 order = page_order(page);
2269                 move_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
2270                 page += 1 << order;
2271                 pages_moved += 1 << order;
2272         }
2273
2274         return pages_moved;
2275 }
2276
2277 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2278                                 int migratetype, int *num_movable)
2279 {
2280         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2281         struct page *start_page, *end_page;
2282
2283         if (num_movable)
2284                 *num_movable = 0;
2285
2286         start_pfn = page_to_pfn(page);
2287         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2288         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2289         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2290         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2291
2292         /* Do not cross zone boundaries */
2293         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2294                 start_page = page;
2295         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2296                 return 0;
2297
2298         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2299                                                                 num_movable);
2300 }
2301
2302 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2303                                         int start_order, int migratetype)
2304 {
2305         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2306
2307         while (nr_pageblocks--) {
2308                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2309                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2310         }
2311 }
2312
2313 /*
2314  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2315  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2316  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2317  *
2318  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2319  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2320  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2321  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2322  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2323  * pageblocks.
2324  */
2325 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2326 {
2327         /*
2328          * Leaving this order check is intended, although there is
2329          * relaxed order check in next check. The reason is that
2330          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2331          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2332          * so could be changed anytime.
2333          */
2334         if (order >= pageblock_order)
2335                 return true;
2336
2337         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2338                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2339                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2340                 page_group_by_mobility_disabled)
2341                 return true;
2342
2343         return false;
2344 }
2345
2346 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2347 {
2348         unsigned long max_boost;
2349
2350         if (!watermark_boost_factor)
2351                 return;
2352
2353         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2354                         watermark_boost_factor, 10000);
2355
2356         /*
2357          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2358          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2359          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2360          * allocations that early means that reclaim is not going
2361          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2362          * boosted watermark resulting in a hang.
2363          */
2364         if (!max_boost)
2365                 return;
2366
2367         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2368
2369         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2370                 max_boost);
2371 }
2372
2373 /*
2374  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2375  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2376  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2377  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2378  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2379  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2380  */
2381 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2382                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2383 {
2384         unsigned int current_order = page_order(page);
2385         struct free_area *area;
2386         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2387         int old_block_type;
2388
2389         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2390
2391         /*
2392          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2393          * highatomic accounting.
2394          */
2395         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2396                 goto single_page;
2397
2398         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2399         if (current_order >= pageblock_order) {
2400                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2401                 goto single_page;
2402         }
2403
2404         /*
2405          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2406          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2407          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2408          */
2409         boost_watermark(zone);
2410         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2411                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2412
2413         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2414         if (!whole_block)
2415                 goto single_page;
2416
2417         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2418                                                 &movable_pages);
2419         /*
2420          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2421          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2422          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2423          */
2424         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2425                 alike_pages = movable_pages;
2426         } else {
2427                 /*
2428                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2429                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2430                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2431                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2432                  * exact migratetype of non-movable pages.
2433                  */
2434                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2435                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2436                                                 - (free_pages + movable_pages);
2437                 else
2438                         alike_pages = 0;
2439         }
2440
2441         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2442         if (!free_pages)
2443                 goto single_page;
2444
2445         /*
2446          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2447          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2448          */
2449         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2450                         page_group_by_mobility_disabled)
2451                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2452
2453         return;
2454
2455 single_page:
2456         area = &zone->free_area[current_order];
2457         move_to_free_area(page, area, start_type);
2458 }
2459
2460 /*
2461  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2462  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2463  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2464  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2465  */
2466 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2467                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2468 {
2469         int i;
2470         int fallback_mt;
2471
2472         if (area->nr_free == 0)
2473                 return -1;
2474
2475         *can_steal = false;
2476         for (i = 0;; i++) {
2477                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2478                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2479                         break;
2480
2481                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2482                         continue;
2483
2484                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2485                         *can_steal = true;
2486
2487                 if (!only_stealable)
2488                         return fallback_mt;
2489
2490                 if (*can_steal)
2491                         return fallback_mt;
2492         }
2493
2494         return -1;
2495 }
2496
2497 /*
2498  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2499  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2500  */
2501 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2502                                 unsigned int alloc_order)
2503 {
2504         int mt;
2505         unsigned long max_managed, flags;
2506
2507         /*
2508          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2509          * Check is race-prone but harmless.
2510          */
2511         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2512         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2513                 return;
2514
2515         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2516
2517         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2518         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2519                 goto out_unlock;
2520
2521         /* Yoink! */
2522         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2523         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2524             && !is_migrate_cma(mt)) {
2525                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2526                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2527                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2528         }
2529
2530 out_unlock:
2531         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2532 }
2533
2534 /*
2535  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2536  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2537  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2538  * to recover from than an OOM.
2539  *
2540  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2541  * pageblock is exhausted.
2542  */
2543 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2544                                                 bool force)
2545 {
2546         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2547         unsigned long flags;
2548         struct zoneref *z;
2549         struct zone *zone;
2550         struct page *page;
2551         int order;
2552         bool ret;
2553
2554         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2555                                                                 ac->nodemask) {
2556                 /*
2557                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2558                  * is really high.
2559                  */
2560                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2561                                         pageblock_nr_pages)
2562                         continue;
2563
2564                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2565                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2566                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2567
2568                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2569                         if (!page)
2570                                 continue;
2571
2572                         /*
2573                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2574                          * we can counter several free pages in a pageblock
2575                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2576                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2577                          * adjust the count once.
2578                          */
2579                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2580                                 /*
2581                                  * It should never happen but changes to
2582                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2583                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2584                                  * while unreserving so be safe and watch for
2585                                  * underflows.
2586                                  */
2587                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2588                                                 pageblock_nr_pages,
2589                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2590                         }
2591
2592                         /*
2593                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2594                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2595                          * is doing the work and needs the pages. More
2596                          * importantly, if the block was always converted to
2597                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2598                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2599                          * may increase.
2600                          */
2601                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2602                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2603                                                                         NULL);
2604                         if (ret) {
2605                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2606                                 return ret;
2607                         }
2608                 }
2609                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2610         }
2611
2612         return false;
2613 }
2614
2615 /*
2616  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2617  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2618  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2619  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2620  *
2621  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2622  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2623  * condition simpler.
2624  */
2625 static __always_inline bool
2626 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2627                                                 unsigned int alloc_flags)
2628 {
2629         struct free_area *area;
2630         int current_order;
2631         int min_order = order;
2632         struct page *page;
2633         int fallback_mt;
2634         bool can_steal;
2635
2636         /*
2637          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2638          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2639          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2640          */
2641         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2642                 min_order = pageblock_order;
2643
2644         /*
2645          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2646          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2647          * would be too costly to do exactly.
2648          */
2649         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2650                                 --current_order) {
2651                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2652                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2653                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2654                 if (fallback_mt == -1)
2655                         continue;
2656
2657                 /*
2658                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2659                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2660                  * steal and split the smallest available page instead of the
2661                  * largest available page, because even if the next movable
2662                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2663                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2664                  */
2665                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2666                                         && current_order > order)
2667                         goto find_smallest;
2668
2669                 goto do_steal;
2670         }
2671
2672         return false;
2673
2674 find_smallest:
2675         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2676                                                         current_order++) {
2677                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2678                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2679                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2680                 if (fallback_mt != -1)
2681                         break;
2682         }
2683
2684         /*
2685          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2686          * when looking for the largest page.
2687          */
2688         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2689
2690 do_steal:
2691         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2692
2693         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2694                                                                 can_steal);
2695
2696         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2697                 start_migratetype, fallback_mt);
2698
2699         return true;
2700
2701 }
2702
2703 /*
2704  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2705  * Call me with the zone->lock already held.
2706  */
2707 static __always_inline struct page *
2708 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2709                                                 unsigned int alloc_flags)
2710 {
2711         struct page *page;
2712
2713 retry:
2714         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2715         if (unlikely(!page)) {
2716                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2717                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2718
2719                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2720                                                                 alloc_flags))
2721                         goto retry;
2722         }
2723
2724         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2725         return page;
2726 }
2727
2728 /*
2729  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2730  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2731  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2732  */
2733 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2734                         unsigned long count, struct list_head *list,
2735                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2736 {
2737         int i, alloced = 0;
2738
2739         spin_lock(&zone->lock);
2740         for (i = 0; i < count; ++i) {
2741                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2742                                                                 alloc_flags);
2743                 if (unlikely(page == NULL))
2744                         break;
2745
2746                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2747                         continue;
2748
2749                 /*
2750                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2751                  * physical page order. The page is added to the tail of
2752                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2753                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2754                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2755                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2756                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2757                  * pages are ordered properly.
2758                  */
2759                 list_add_tail(&page->lru, list);
2760                 alloced++;
2761                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2762                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2763                                               -(1 << order));
2764         }
2765
2766         /*
2767          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2768          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2769          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2770          * pages added to the pcp list.
2771          */
2772         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2773         spin_unlock(&zone->lock);
2774         return alloced;
2775 }
2776
2777 #ifdef CONFIG_NUMA
2778 /*
2779  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2780  * currently executing processor on remote nodes after they have
2781  * expired.
2782  *
2783  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2784  * a single processor.
2785  */
2786 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2787 {
2788         unsigned long flags;
2789         int to_drain, batch;
2790
2791         local_irq_save(flags);
2792         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2793         to_drain = min(pcp->count, batch);
2794         if (to_drain > 0)
2795                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2796         local_irq_restore(flags);
2797 }
2798 #endif
2799
2800 /*
2801  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2802  *
2803  * The processor must either be the current processor and the
2804  * thread pinned to the current processor or a processor that
2805  * is not online.
2806  */
2807 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2808 {
2809         unsigned long flags;
2810         struct per_cpu_pageset *pset;
2811         struct per_cpu_pages *pcp;
2812
2813         local_irq_save(flags);
2814         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2815
2816         pcp = &pset->pcp;
2817         if (pcp->count)
2818                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2819         local_irq_restore(flags);
2820 }
2821
2822 /*
2823  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2824  *
2825  * The processor must either be the current processor and the
2826  * thread pinned to the current processor or a processor that
2827  * is not online.
2828  */
2829 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2830 {
2831         struct zone *zone;
2832
2833         for_each_populated_zone(zone) {
2834                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2835         }
2836 }
2837
2838 /*
2839  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2840  *
2841  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2842  * the single zone's pages.
2843  */
2844 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2845 {
2846         int cpu = smp_processor_id();
2847
2848         if (zone)
2849                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2850         else
2851                 drain_pages(cpu);
2852 }
2853
2854 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2855 {
2856         struct pcpu_drain *drain;
2857
2858         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2859
2860         /*
2861          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2862          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2863          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2864          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2865          * a different one.
2866          */
2867         preempt_disable();
2868         drain_local_pages(drain->zone);
2869         preempt_enable();
2870 }
2871
2872 /*
2873  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2874  *
2875  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2876  *
2877  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2878  */
2879 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2880 {
2881         int cpu;
2882
2883         /*
2884          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2885          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2886          */
2887         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2888
2889         /*
2890          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2891          * initialized.
2892          */
2893         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2894                 return;
2895
2896         /*
2897          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2898          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2899          * the drain to be complete when the call returns.
2900          */
2901         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2902                 if (!zone)
2903                         return;
2904                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2905         }
2906
2907         /*
2908          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2909          * as offline notification will cause the notified
2910          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2911          * disables preemption as part of its processing
2912          */
2913         for_each_online_cpu(cpu) {
2914                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2915                 struct zone *z;
2916                 bool has_pcps = false;
2917
2918                 if (zone) {
2919                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2920                         if (pcp->pcp.count)
2921                                 has_pcps = true;
2922                 } else {
2923                         for_each_populated_zone(z) {
2924                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2925                                 if (pcp->pcp.count) {
2926                                         has_pcps = true;
2927                                         break;
2928                                 }
2929                         }
2930                 }
2931
2932                 if (has_pcps)
2933                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2934                 else
2935                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2936         }
2937
2938         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2939                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2940
2941                 drain->zone = zone;
2942                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
2943                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
2944         }
2945         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2946                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
2947
2948         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2949 }
2950
2951 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2952
2953 /*
2954  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2955  */
2956 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2957
2958 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2959 {
2960         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2961         unsigned long flags;
2962         unsigned int order, t;
2963         struct page *page;
2964
2965         if (zone_is_empty(zone))
2966                 return;
2967
2968         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2969
2970         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2971         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2972                 if (pfn_valid(pfn)) {
2973                         page = pfn_to_page(pfn);
2974
2975                         if (!--page_count) {
2976                                 touch_nmi_watchdog();
2977                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2978                         }
2979
2980                         if (page_zone(page) != zone)
2981                                 continue;
2982
2983                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2984                                 swsusp_unset_page_free(page);
2985                 }
2986
2987         for_each_migratetype_order(order, t) {
2988                 list_for_each_entry(page,
2989                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2990                         unsigned long i;
2991
2992                         pfn = page_to_pfn(page);
2993                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2994                                 if (!--page_count) {
2995                                         touch_nmi_watchdog();
2996                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2997                                 }
2998                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2999                         }
3000                 }
3001         }
3002         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3003 }
3004 #endif /* CONFIG_PM */
3005
3006 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3007 {
3008         int migratetype;
3009
3010         if (!free_pcp_prepare(page))
3011                 return false;
3012
3013         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3014         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3015         return true;
3016 }
3017
3018 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3019 {
3020         struct zone *zone = page_zone(page);
3021         struct per_cpu_pages *pcp;
3022         int migratetype;
3023
3024         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3025         __count_vm_event(PGFREE);
3026
3027         /*
3028          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3029          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3030          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3031          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3032          * excessively into the page allocator
3033          */
3034         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3035                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3036                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
3037                         return;
3038                 }
3039                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3040         }
3041
3042         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3043         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3044         pcp->count++;
3045         if (pcp->count >= pcp->high) {
3046                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3047                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3048         }
3049 }
3050
3051 /*
3052  * Free a 0-order page
3053  */
3054 void free_unref_page(struct page *page)
3055 {
3056         unsigned long flags;
3057         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3058
3059         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3060                 return;
3061
3062         local_irq_save(flags);
3063         free_unref_page_commit(page, pfn);
3064         local_irq_restore(flags);
3065 }
3066
3067 /*
3068  * Free a list of 0-order pages
3069  */
3070 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3071 {
3072         struct page *page, *next;
3073         unsigned long flags, pfn;
3074         int batch_count = 0;
3075
3076         /* Prepare pages for freeing */
3077         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3078                 pfn = page_to_pfn(page);
3079                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3080                         list_del(&page->lru);
3081                 set_page_private(page, pfn);
3082         }
3083
3084         local_irq_save(flags);
3085         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3086                 unsigned long pfn = page_private(page);
3087
3088                 set_page_private(page, 0);
3089                 trace_mm_page_free_batched(page);
3090                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3091
3092                 /*
3093                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3094                  * a large list of pages to free.
3095                  */
3096                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3097                         local_irq_restore(flags);
3098                         batch_count = 0;
3099                         local_irq_save(flags);
3100                 }
3101         }
3102         local_irq_restore(flags);
3103 }
3104
3105 /*
3106  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3107  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3108  * Each sub-page must be freed individually.
3109  *
3110  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3111  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3112  */
3113 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3114 {
3115         int i;
3116
3117         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3118         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3119
3120         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3121                 set_page_refcounted(page + i);
3122         split_page_owner(page, order);
3123 }
3124 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3125
3126 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3127 {
3128         struct free_area *area = &page_zone(page)->free_area[order];
3129         unsigned long watermark;
3130         struct zone *zone;
3131         int mt;
3132
3133         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3134
3135         zone = page_zone(page);
3136         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3137
3138         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3139                 /*
3140                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3141                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3142                  * watermark, because we already know our high-order page
3143                  * exists.
3144                  */
3145                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3146                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3147                         return 0;
3148
3149                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3150         }
3151
3152         /* Remove page from free list */
3153
3154         del_page_from_free_area(page, area);
3155
3156         /*
3157          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3158          * pageblock
3159          */
3160         if (order >= pageblock_order - 1) {
3161                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3162                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3163                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3164                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3165                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3166                                 set_pageblock_migratetype(page,
3167                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3168                 }
3169         }
3170
3171
3172         return 1UL << order;
3173 }
3174
3175 /*
3176  * Update NUMA hit/miss statistics
3177  *
3178  * Must be called with interrupts disabled.
3179  */
3180 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3181 {
3182 #ifdef CONFIG_NUMA
3183         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3184
3185         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3186         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3187                 return;
3188
3189         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3190                 local_stat = NUMA_OTHER;
3191
3192         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3193                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3194         else {
3195                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3196                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3197         }
3198         __inc_numa_state(z, local_stat);
3199 #endif
3200 }
3201
3202 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3203 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3204                         unsigned int alloc_flags,
3205                         struct per_cpu_pages *pcp,
3206                         struct list_head *list)
3207 {
3208         struct page *page;
3209
3210         do {
3211                 if (list_empty(list)) {
3212                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3213                                         pcp->batch, list,
3214                                         migratetype, alloc_flags);
3215                         if (unlikely(list_empty(list)))
3216                                 return NULL;
3217                 }
3218
3219                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3220                 list_del(&page->lru);
3221                 pcp->count--;
3222         } while (check_new_pcp(page));
3223
3224         return page;
3225 }
3226
3227 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3228 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3229                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3230                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3231 {
3232         struct per_cpu_pages *pcp;
3233         struct list_head *list;
3234         struct page *page;
3235         unsigned long flags;
3236
3237         local_irq_save(flags);
3238         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3239         list = &pcp->lists[migratetype];
3240         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3241         if (page) {
3242                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3243                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3244         }
3245         local_irq_restore(flags);
3246         return page;
3247 }
3248
3249 /*
3250  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3251  */
3252 static inline
3253 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3254                         struct zone *zone, unsigned int order,
3255                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3256                         int migratetype)
3257 {
3258         unsigned long flags;
3259         struct page *page;
3260
3261         if (likely(order == 0)) {
3262                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3263                                         migratetype, alloc_flags);
3264                 goto out;
3265         }
3266
3267         /*
3268          * We most definitely don't want callers attempting to
3269          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3270          */
3271         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3272         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3273
3274         do {
3275                 page = NULL;
3276                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3277                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3278                         if (page)
3279                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3280                 }
3281                 if (!page)
3282                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3283         } while (page && check_new_pages(page, order));
3284         spin_unlock(&zone->lock);
3285         if (!page)
3286                 goto failed;
3287         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3288                                   get_pcppage_migratetype(page));
3289
3290         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3291         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3292         local_irq_restore(flags);
3293
3294 out:
3295         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3296         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3297                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3298                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3299         }
3300
3301         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3302         return page;
3303
3304 failed:
3305         local_irq_restore(flags);
3306         return NULL;
3307 }
3308
3309 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3310
3311 static struct {
3312         struct fault_attr attr;
3313
3314         bool ignore_gfp_highmem;
3315         bool ignore_gfp_reclaim;
3316         u32 min_order;
3317 } fail_page_alloc = {
3318         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3319         .ignore_gfp_reclaim = true,
3320         .ignore_gfp_highmem = true,
3321         .min_order = 1,
3322 };
3323
3324 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3325 {
3326         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3327 }
3328 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3329
3330 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3331 {
3332         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3333                 return false;
3334         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3335                 return false;
3336         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3337                 return false;
3338         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3339                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3340                 return false;
3341
3342         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3343 }
3344
3345 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3346
3347 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3348 {
3349         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3350         struct dentry *dir;
3351
3352         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3353                                         &fail_page_alloc.attr);
3354
3355         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3356                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3357         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3358                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3359         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3360
3361         return 0;
3362 }
3363
3364 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3365
3366 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3367
3368 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3369
3370 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3371 {
3372         return false;
3373 }
3374
3375 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3376
3377 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3378 {
3379         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3380 }
3381 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3382
3383 /*
3384  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3385  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3386  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3387  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3388  */
3389 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3390                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3391                          long free_pages)
3392 {
3393         long min = mark;
3394         int o;
3395         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3396
3397         /* free_pages may go negative - that's OK */
3398         free_pages -= (1 << order) - 1;
3399
3400         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3401                 min -= min / 2;
3402
3403         /*
3404          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3405          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3406          * atomic reserve but it avoids a search.
3407          */
3408         if (likely(!alloc_harder)) {
3409                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3410         } else {
3411                 /*
3412                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3413                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3414                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3415                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3416                  */
3417                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3418                         min -= min / 2;
3419                 else
3420                         min -= min / 4;
3421         }
3422
3423
3424 #ifdef CONFIG_CMA
3425         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3426         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3427                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3428 #endif
3429
3430         /*
3431          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3432          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3433          * even if a suitable page happened to be free.
3434          */
3435         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3436                 return false;
3437
3438         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3439         if (!order)
3440                 return true;
3441
3442         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3443         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3444                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3445                 int mt;
3446
3447                 if (!area->nr_free)
3448                         continue;
3449
3450                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3451                         if (!free_area_empty(area, mt))
3452                                 return true;
3453                 }
3454
3455 #ifdef CONFIG_CMA
3456                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3457                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3458                         return true;
3459                 }
3460 #endif
3461                 if (alloc_harder &&
3462                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3463                         return true;
3464         }
3465         return false;
3466 }
3467
3468 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3469                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3470 {
3471         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3472                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3473 }
3474
3475 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3476                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3477 {
3478         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3479         long cma_pages = 0;
3480
3481 #ifdef CONFIG_CMA
3482         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3483         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3484                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3485 #endif
3486
3487         /*
3488          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3489          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3490          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3491          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3492          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3493          */
3494         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3495                 return true;
3496
3497         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3498                                         free_pages);
3499 }
3500
3501 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3502                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3503 {
3504         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3505
3506         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3507                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3508
3509         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3510                                                                 free_pages);
3511 }
3512
3513 #ifdef CONFIG_NUMA
3514 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3515 {
3516         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3517                                 node_reclaim_distance;
3518 }
3519 #else   /* CONFIG_NUMA */
3520 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3521 {
3522         return true;
3523 }
3524 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3525
3526 /*
3527  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3528  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3529  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3530  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3531  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3532  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3533  */
3534 static inline unsigned int
3535 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3536 {
3537         unsigned int alloc_flags = 0;
3538
3539         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3540                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
3541
3542 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3543         if (!zone)
3544                 return alloc_flags;
3545
3546         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3547                 return alloc_flags;
3548
3549         /*
3550          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3551          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3552          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3553          */
3554         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3555         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3556                 return alloc_flags;
3557
3558         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3559 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3560         return alloc_flags;
3561 }
3562
3563 /*
3564  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3565  * a page.
3566  */
3567 static struct page *
3568 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3569                                                 const struct alloc_context *ac)
3570 {
3571         struct zoneref *z;
3572         struct zone *zone;
3573         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3574         bool no_fallback;
3575
3576 retry:
3577         /*
3578          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3579          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3580          */
3581         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3582         z = ac->preferred_zoneref;
3583         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3584                                                                 ac->nodemask) {
3585                 struct page *page;
3586                 unsigned long mark;
3587
3588                 if (cpusets_enabled() &&
3589                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3590                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3591                                 continue;
3592                 /*
3593                  * When allocating a page cache page for writing, we
3594                  * want to get it from a node that is within its dirty
3595                  * limit, such that no single node holds more than its
3596                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3597                  * The dirty limits take into account the node's
3598                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3599                  * should be able to balance it without having to
3600                  * write pages from its LRU list.
3601                  *
3602                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3603                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3604                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3605                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3606                  * nodes are together not big enough to reach the
3607                  * global limit.  The proper fix for these situations
3608                  * will require awareness of nodes in the
3609                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3610                  */
3611                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3612                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3613                                 continue;
3614
3615                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3616                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3617                                 continue;
3618                         }
3619                 }
3620
3621                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3622                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3623                         int local_nid;
3624
3625                         /*
3626                          * If moving to a remote node, retry but allow
3627                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3628                          * than fragmentation avoidance.
3629                          */
3630                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3631                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3632                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3633                                 goto retry;
3634                         }
3635                 }
3636
3637                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3638                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3639                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3640                         int ret;
3641
3642 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3643                         /*
3644                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3645                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3646                          */
3647                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3648                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3649                                         goto try_this_zone;
3650                         }
3651 #endif
3652                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3653                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3654                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3655                                 goto try_this_zone;
3656
3657                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3658                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3659                                 continue;
3660
3661                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3662                         switch (ret) {
3663                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3664                                 /* did not scan */
3665                                 continue;
3666                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3667                                 /* scanned but unreclaimable */
3668                                 continue;
3669                         default:
3670                                 /* did we reclaim enough */
3671                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3672                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3673                                         goto try_this_zone;
3674
3675                                 continue;
3676                         }
3677                 }
3678
3679 try_this_zone:
3680                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3681                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3682                 if (page) {
3683                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3684
3685                         /*
3686                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3687                          * if the pageblock should be reserved for the future
3688                          */
3689                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3690                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3691
3692                         return page;
3693                 } else {
3694 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3695                         /* Try again if zone has deferred pages */
3696                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3697                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3698                                         goto try_this_zone;
3699                         }
3700 #endif
3701                 }
3702         }
3703
3704         /*
3705          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3706          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3707          */
3708         if (no_fallback) {
3709                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3710                 goto retry;
3711         }
3712
3713         return NULL;
3714 }
3715
3716 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3717 {
3718         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3719
3720         /*
3721          * This documents exceptions given to allocations in certain
3722          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3723          * of allowed nodes.
3724          */
3725         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3726                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3727                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3728                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3729         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3730                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3731
3732         show_mem(filter, nodemask);
3733 }
3734
3735 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3736 {
3737         struct va_format vaf;
3738         va_list args;
3739         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3740
3741         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3742                 return;
3743
3744         va_start(args, fmt);
3745         vaf.fmt = fmt;
3746         vaf.va = &args;
3747         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3748                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3749                         nodemask_pr_args(nodemask));
3750         va_end(args);
3751
3752         cpuset_print_current_mems_allowed();
3753         pr_cont("\n");
3754         dump_stack();
3755         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3756 }
3757
3758 static inline struct page *
3759 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3760                               unsigned int alloc_flags,
3761                               const struct alloc_context *ac)
3762 {
3763         struct page *page;
3764
3765         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3766                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3767         /*
3768          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3769          * are depleted
3770          */
3771         if (!page)
3772                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3773                                 alloc_flags, ac);
3774
3775         return page;
3776 }
3777
3778 static inline struct page *
3779 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3780         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3781 {
3782         struct oom_control oc = {
3783                 .zonelist = ac->zonelist,
3784                 .nodemask = ac->nodemask,
3785                 .memcg = NULL,
3786                 .gfp_mask = gfp_mask,
3787                 .order = order,
3788         };
3789         struct page *page;
3790
3791         *did_some_progress = 0;
3792
3793         /*
3794          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3795          * making progress for us.
3796          */
3797         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3798                 *did_some_progress = 1;
3799                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3800                 return NULL;
3801         }
3802
3803         /*
3804          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3805          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3806          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3807          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3808          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3809          */
3810         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3811                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3812                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3813         if (page)
3814                 goto out;
3815
3816         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3817         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3818                 goto out;
3819         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3820         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3821                 goto out;
3822         /*
3823          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3824          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3825          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3826          * fallback than shooting a random task.
3827          */
3828         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3829                 goto out;
3830         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3831         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3832                 goto out;
3833         if (pm_suspended_storage())
3834                 goto out;
3835         /*
3836          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3837          * other request to make a forward progress.
3838          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3839          * do much for this context but let's try it to at least get
3840          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3841          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3842          * failures more gracefully we should just bail out here.
3843          */
3844
3845         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3846         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3847                 goto out;
3848
3849         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3850         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3851                 *did_some_progress = 1;
3852
3853                 /*
3854                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3855                  * reserves
3856                  */
3857                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3858                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3859                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3860         }
3861 out:
3862         mutex_unlock(&oom_lock);
3863         return page;
3864 }
3865
3866 /*
3867  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3868  * killer is consider as the only way to move forward.
3869  */
3870 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3871
3872 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3873 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3874 static struct page *
3875 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3876                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3877                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3878 {
3879         struct page *page = NULL;
3880         unsigned long pflags;
3881         unsigned int noreclaim_flag;
3882
3883         if (!order)
3884                 return NULL;
3885
3886         psi_memstall_enter(&pflags);
3887         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3888
3889         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3890                                                                 prio, &page);
3891
3892         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3893         psi_memstall_leave(&pflags);
3894
3895         /*
3896          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3897          * count a compaction stall
3898          */
3899         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3900
3901         /* Prep a captured page if available */
3902         if (page)
3903                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3904
3905         /* Try get a page from the freelist if available */
3906         if (!page)
3907                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3908
3909         if (page) {
3910                 struct zone *zone = page_zone(page);
3911
3912                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3913                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3914                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3915                 return page;
3916         }
3917
3918         /*
3919          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3920          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3921          */
3922         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3923
3924         cond_resched();
3925
3926         return NULL;
3927 }
3928
3929 static inline bool
3930 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3931                      enum compact_result compact_result,
3932                      enum compact_priority *compact_priority,
3933                      int *compaction_retries)
3934 {
3935         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3936         int min_priority;
3937         bool ret = false;
3938         int retries = *compaction_retries;
3939         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3940
3941         if (!order)
3942                 return false;
3943
3944         if (compaction_made_progress(compact_result))
3945                 (*compaction_retries)++;
3946
3947         /*
3948          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3949          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3950          * failure could be caused by insufficient priority
3951          */
3952         if (compaction_failed(compact_result))
3953                 goto check_priority;
3954
3955         /*
3956          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
3957          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
3958          */
3959         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
3960                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3961                 goto out;
3962         }
3963
3964         /*
3965          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3966          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3967          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
3968          * we don't just keep bailing out endlessly.
3969          */
3970         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3971                 goto check_priority;
3972         }
3973
3974         /*
3975          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3976          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3977          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3978          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3979          * would need much more detailed feedback from compaction to
3980          * make a better decision.
3981          */
3982         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3983                 max_retries /= 4;
3984         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3985                 ret = true;
3986                 goto out;
3987         }
3988
3989         /*
3990          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3991          * all retries or failed at the lower priorities.
3992          */
3993 check_priority:
3994         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3995                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3996
3997         if (*compact_priority > min_priority) {
3998                 (*compact_priority)--;
3999                 *compaction_retries = 0;
4000                 ret = true;
4001         }
4002 out:
4003         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4004         return ret;
4005 }
4006 #else
4007 static inline struct page *
4008 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4009                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4010                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4011 {
4012         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4013         return NULL;
4014 }
4015
4016 static inline bool
4017 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4018                      enum compact_result compact_result,
4019                      enum compact_priority *compact_priority,
4020                      int *compaction_retries)
4021 {
4022         struct zone *zone;
4023         struct zoneref *z;
4024
4025         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4026                 return false;
4027
4028         /*
4029          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4030          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4031          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4032          * watermarks are OK.
4033          */
4034         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4035                                         ac->nodemask) {
4036                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4037                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
4038                         return true;
4039         }
4040         return false;
4041 }
4042 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4043
4044 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4045 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4046         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4047
4048 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4049 {
4050         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4051
4052         /* no reclaim without waiting on it */
4053         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4054                 return false;
4055
4056         /* this guy won't enter reclaim */
4057         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4058                 return false;
4059
4060         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4061         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4062                 return false;
4063
4064         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4065                 return false;
4066
4067         return true;
4068 }
4069
4070 void __fs_reclaim_acquire(void)
4071 {
4072         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4073 }
4074
4075 void __fs_reclaim_release(void)
4076 {
4077         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4078 }
4079
4080 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4081 {
4082         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4083                 __fs_reclaim_acquire();
4084 }
4085 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4086
4087 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4088 {
4089         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4090                 __fs_reclaim_release();
4091 }
4092 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4093 #endif
4094
4095 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4096 static int
4097 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4098                                         const struct alloc_context *ac)
4099 {
4100         int progress;
4101         unsigned int noreclaim_flag;
4102         unsigned long pflags;
4103
4104         cond_resched();
4105
4106         /* We now go into synchronous reclaim */
4107         cpuset_memory_pressure_bump();
4108         psi_memstall_enter(&pflags);
4109         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4110         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4111
4112         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4113                                                                 ac->nodemask);
4114
4115         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4116         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4117         psi_memstall_leave(&pflags);
4118
4119         cond_resched();
4120
4121         return progress;
4122 }
4123
4124 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4125 static inline struct page *
4126 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4127                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4128                 unsigned long *did_some_progress)
4129 {
4130         struct page *page = NULL;
4131         bool drained = false;
4132
4133         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4134         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4135                 return NULL;
4136
4137 retry:
4138         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4139
4140         /*
4141          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4142          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4143          * Shrink them them and try again
4144          */
4145         if (!page && !drained) {
4146                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4147                 drain_all_pages(NULL);
4148                 drained = true;
4149                 goto retry;
4150         }
4151
4152         return page;
4153 }
4154
4155 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4156                              const struct alloc_context *ac)
4157 {
4158         struct zoneref *z;
4159         struct zone *zone;
4160         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4161         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
4162
4163         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
4164                                         ac->nodemask) {
4165                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4166                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
4167                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4168         }
4169 }
4170
4171 static inline unsigned int
4172 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4173 {
4174         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4175
4176         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
4177         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4178
4179         /*
4180          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4181          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4182          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4183          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4184          */
4185         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
4186
4187         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4188                 /*
4189                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4190                  * if it can't schedule.
4191                  */
4192                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4193                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4194                 /*
4195                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4196                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4197                  */
4198                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4199         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4200                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4201
4202         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4203                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
4204
4205 #ifdef CONFIG_CMA
4206         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4207                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4208 #endif
4209         return alloc_flags;
4210 }
4211
4212 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4213 {
4214         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4215                 return false;
4216
4217         /*
4218          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4219          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4220          */
4221         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4222                 return false;
4223
4224         return true;
4225 }
4226
4227 /*
4228  * Distinguish requests which really need access to full memory
4229  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4230  */
4231 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4232 {
4233         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4234                 return 0;
4235         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4236                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4237         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4238                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4239         if (!in_interrupt()) {
4240                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4241                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4242                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4243                         return ALLOC_OOM;
4244         }
4245
4246         return 0;
4247 }
4248
4249 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4250 {
4251         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4252 }
4253
4254 /*
4255  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4256  * for the given allocation request.
4257  *
4258  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4259  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4260  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4261  *
4262  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4263  */
4264 static inline bool
4265 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4266                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4267                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4268 {
4269         struct zone *zone;
4270         struct zoneref *z;
4271         bool ret = false;
4272
4273         /*
4274          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4275          * their order will become available due to high fragmentation so
4276          * always increment the no progress counter for them
4277          */
4278         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4279                 *no_progress_loops = 0;
4280         else
4281                 (*no_progress_loops)++;
4282
4283         /*
4284          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4285          * several times in the row.
4286          */
4287         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4288                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4289                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4290         }
4291
4292         /*
4293          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4294          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4295          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4296          * screwed and have to go OOM.
4297          */
4298         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4299                                         ac->nodemask) {
4300                 unsigned long available;
4301                 unsigned long reclaimable;
4302                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4303                 bool wmark;
4304
4305                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4306                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4307
4308                 /*
4309                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4310                  * reclaimable pages?
4311                  */
4312                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4313                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
4314                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4315                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4316                 if (wmark) {
4317                         /*
4318                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4319                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4320                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4321                          * prevent from pre mature OOM
4322                          */
4323                         if (!did_some_progress) {
4324                                 unsigned long write_pending;
4325
4326                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4327                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4328
4329                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4330                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4331                                         return true;
4332                                 }
4333                         }
4334
4335                         ret = true;
4336                         goto out;
4337                 }
4338         }
4339
4340 out:
4341         /*
4342          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4343          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4344          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4345          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4346          * here rather than calling cond_resched().
4347          */
4348         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4349                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4350         else
4351                 cond_resched();
4352         return ret;
4353 }
4354
4355 static inline bool
4356 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4357 {
4358         /*
4359          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4360          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4361          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4362          * such a way the check therein was true, and then it became false
4363          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4364          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4365          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4366          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4367          * caller can deal with a violated nodemask.
4368          */
4369         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4370                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4371                 ac->nodemask = NULL;
4372                 return true;
4373         }
4374
4375         /*
4376          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4377          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4378          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4379          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4380          * retry.
4381          */
4382         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4383                 return true;
4384
4385         return false;
4386 }
4387
4388 static inline struct page *
4389 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4390                                                 struct alloc_context *ac)
4391 {
4392         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4393         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4394         struct page *page = NULL;
4395         unsigned int alloc_flags;
4396         unsigned long did_some_progress;
4397         enum compact_priority compact_priority;
4398         enum compact_result compact_result;
4399         int compaction_retries;
4400         int no_progress_loops;
4401         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4402         int reserve_flags;
4403
4404         /*
4405          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4406          * callers that are not in atomic context.
4407          */
4408         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4409                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4410                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4411
4412 retry_cpuset:
4413         compaction_retries = 0;
4414         no_progress_loops = 0;
4415         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4416         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4417
4418         /*
4419          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4420          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4421          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4422          */
4423         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4424
4425         /*
4426          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4427          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4428          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4429          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4430          */
4431         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4432                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4433         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4434                 goto nopage;
4435
4436         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4437                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4438
4439         /*
4440          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4441          * that first
4442          */
4443         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4444         if (page)
4445                 goto got_pg;
4446
4447         /*
4448          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4449          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4450          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4451          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4452          * same migratetype.
4453          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4454          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4455          */
4456         if (can_direct_reclaim &&
4457                         (costly_order ||
4458                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4459                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4460                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4461                                                 alloc_flags, ac,
4462                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4463                                                 &compact_result);
4464                 if (page)
4465                         goto got_pg;
4466
4467                 /*
4468                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4469                  * includes some THP page fault allocations
4470                  */
4471                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4472                         /*
4473                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4474                          * failed because all zones are below low watermarks
4475                          * or is prohibited because it recently failed at this
4476                          * order, fail immediately unless the allocator has
4477                          * requested compaction and reclaim retry.
4478                          *
4479                          * Reclaim is
4480                          *  - potentially very expensive because zones are far
4481                          *    below their low watermarks or this is part of very
4482                          *    bursty high order allocations,
4483                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4484                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4485                          *    linear scan, and
4486                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4487                          *    own.
4488                          */
4489                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4490                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4491                                 goto nopage;
4492
4493                         /*
4494                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4495                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4496                          * using async compaction.
4497                          */
4498                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4499                 }
4500         }
4501
4502 retry:
4503         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4504         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4505                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4506
4507         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4508         if (reserve_flags)
4509                 alloc_flags = reserve_flags;
4510
4511         /*
4512          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4513          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4514          * user oriented.
4515          */
4516         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4517                 ac->nodemask = NULL;
4518                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4519                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4520         }
4521
4522         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4523         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4524         if (page)
4525                 goto got_pg;
4526
4527         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4528         if (!can_direct_reclaim)
4529                 goto nopage;
4530
4531         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4532         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4533                 goto nopage;
4534
4535         /* Try direct reclaim and then allocating */
4536         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4537                                                         &did_some_progress);
4538         if (page)
4539                 goto got_pg;
4540
4541         /* Try direct compaction and then allocating */
4542         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4543                                         compact_priority, &compact_result);
4544         if (page)
4545                 goto got_pg;
4546
4547         /* Do not loop if specifically requested */
4548         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4549                 goto nopage;
4550
4551         /*
4552          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4553          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4554          */
4555         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4556                 goto nopage;
4557
4558         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4559                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4560                 goto retry;
4561
4562         /*
4563          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4564          * reclaim is not able to make any progress because the current
4565          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4566          * of free memory (see __compaction_suitable)
4567          */
4568         if (did_some_progress > 0 &&
4569                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4570                                 compact_result, &compact_priority,
4571                                 &compaction_retries))
4572                 goto retry;
4573
4574
4575         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4576         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4577                 goto retry_cpuset;
4578
4579         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4580         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4581         if (page)
4582                 goto got_pg;
4583
4584         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4585         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4586             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4587              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4588                 goto nopage;
4589
4590         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4591         if (did_some_progress) {
4592                 no_progress_loops = 0;
4593                 goto retry;
4594         }
4595
4596 nopage:
4597         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4598         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4599                 goto retry_cpuset;
4600
4601         /*
4602          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4603          * we always retry
4604          */
4605         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4606                 /*
4607                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4608                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4609                  */
4610                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4611                         goto fail;
4612
4613                 /*
4614                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4615                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4616                  * for somebody to do a work for us
4617                  */
4618                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4619
4620                 /*
4621                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4622                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4623                  * so that we can identify them and convert them to something
4624                  * else.
4625                  */
4626                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4627
4628                 /*
4629                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4630                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4631                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4632                  * the situation worse
4633                  */
4634                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4635                 if (page)
4636                         goto got_pg;
4637
4638                 cond_resched();
4639                 goto retry;
4640         }
4641 fail:
4642         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4643                         "page allocation failure: order:%u", order);
4644 got_pg:
4645         return page;
4646 }
4647
4648 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4649                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4650                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4651                 unsigned int *alloc_flags)
4652 {
4653         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4654         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4655         ac->nodemask = nodemask;
4656         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4657
4658         if (cpusets_enabled()) {
4659                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4660                 if (!ac->nodemask)
4661                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4662                 else
4663                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4664         }
4665
4666         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4667         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4668
4669         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4670
4671         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4672                 return false;
4673
4674         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4675                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4676
4677         return true;
4678 }
4679
4680 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4681 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4682 {
4683         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4684         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4685
4686         /*
4687          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4688          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4689          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4690          */
4691         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4692                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4693 }
4694
4695 /*
4696  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4697  */
4698 struct page *
4699 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4700                                                         nodemask_t *nodemask)
4701 {
4702         struct page *page;
4703         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4704         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4705         struct alloc_context ac = { };
4706
4707         /*
4708          * There are several places where we assume that the order value is sane
4709          * so bail out early if the request is out of bound.
4710          */
4711         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4712                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4713                 return NULL;
4714         }
4715
4716         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4717         alloc_mask = gfp_mask;
4718         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4719                 return NULL;
4720
4721         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4722
4723         /*
4724          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4725          * memory until all local zones are considered.
4726          */
4727         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4728
4729         /* First allocation attempt */
4730         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4731         if (likely(page))
4732                 goto out;
4733
4734         /*
4735          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4736          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4737          * from a particular context which has been marked by
4738          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4739          */
4740         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4741         ac.spread_dirty_pages = false;
4742
4743         /*
4744          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4745          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4746          */
4747         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4748                 ac.nodemask = nodemask;
4749
4750         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4751
4752 out:
4753         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4754             unlikely(__memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4755                 __free_pages(page, order);
4756                 page = NULL;
4757         }
4758
4759         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4760
4761         return page;
4762 }
4763 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4764
4765 /*
4766  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4767  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4768  * you need to access high mem.
4769  */
4770 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4771 {
4772         struct page *page;
4773
4774         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4775         if (!page)
4776                 return 0;
4777         return (unsigned long) page_address(page);
4778 }
4779 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4780
4781 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4782 {
4783         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4784 }
4785 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4786
4787 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4788 {
4789         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4790                 free_unref_page(page);
4791         else
4792                 __free_pages_ok(page, order);
4793 }
4794
4795 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4796 {
4797         if (put_page_testzero(page))
4798                 free_the_page(page, order);
4799 }
4800 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4801
4802 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4803 {
4804         if (addr != 0) {
4805                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4806                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4807         }
4808 }
4809
4810 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4811
4812 /*
4813  * Page Fragment:
4814  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4815  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4816  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4817  *
4818  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4819  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4820  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4821  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4822  */
4823 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4824                                              gfp_t gfp_mask)
4825 {
4826         struct page *page = NULL;
4827         gfp_t gfp = gfp_mask;
4828
4829 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4830         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4831                     __GFP_NOMEMALLOC;
4832         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4833                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4834         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4835 #endif
4836         if (unlikely(!page))
4837                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4838
4839         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4840
4841         return page;
4842 }
4843
4844 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4845 {
4846         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4847
4848         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4849                 free_the_page(page, compound_order(page));
4850 }
4851 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4852
4853 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4854                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4855 {
4856         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4857         struct page *page;
4858         int offset;
4859
4860         if (unlikely(!nc->va)) {
4861 refill:
4862                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4863                 if (!page)
4864                         return NULL;
4865
4866 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4867                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4868                 size = nc->size;
4869 #endif
4870                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4871                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4872                  */
4873                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4874
4875                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4876                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4877                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4878                 nc->offset = size;
4879         }
4880
4881         offset = nc->offset - fragsz;
4882         if (unlikely(offset < 0)) {
4883                 page = virt_to_page(nc->va);
4884
4885                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4886                         goto refill;
4887
4888 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4889                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4890                 size = nc->size;
4891 #endif
4892                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4893                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4894
4895                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4896                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4897                 offset = size - fragsz;
4898         }
4899
4900         nc->pagecnt_bias--;
4901         nc->offset = offset;
4902
4903         return nc->va + offset;
4904 }
4905 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4906
4907 /*
4908  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4909  */
4910 void page_frag_free(void *addr)
4911 {
4912         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4913
4914         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4915                 free_the_page(page, compound_order(page));
4916 }
4917 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4918
4919 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4920                 size_t size)
4921 {
4922         if (addr) {
4923                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4924                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4925
4926                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4927                 while (used < alloc_end) {
4928                         free_page(used);
4929                         used += PAGE_SIZE;
4930                 }
4931         }
4932         return (void *)addr;
4933 }
4934
4935 /**
4936  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4937  * @size: the number of bytes to allocate
4938  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4939  *
4940  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4941  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4942  * allocate memory in power-of-two pages.
4943  *
4944  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4945  *
4946  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4947  *
4948  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4949  */
4950 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4951 {
4952         unsigned int order = get_order(size);
4953         unsigned long addr;
4954
4955         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4956                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4957
4958         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4959         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4960 }
4961 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4962
4963 /**
4964  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4965  *                         pages on a node.
4966  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4967  * @size: the number of bytes to allocate
4968  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4969  *
4970  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4971  * back.
4972  *
4973  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4974  */
4975 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4976 {
4977         unsigned int order = get_order(size);
4978         struct page *p;
4979
4980         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4981                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4982
4983         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4984         if (!p)
4985                 return NULL;
4986         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4987 }
4988
4989 /**
4990  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4991  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4992  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4993  *
4994  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4995  */
4996 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4997 {
4998         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4999         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5000
5001         while (addr < end) {
5002                 free_page(addr);
5003                 addr += PAGE_SIZE;
5004         }
5005 }
5006 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5007
5008 /**
5009  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5010  * @offset: The zone index of the highest zone
5011  *
5012  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5013  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5014  * zone, the number of pages is calculated as:
5015  *
5016  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5017  *
5018  * Return: number of pages beyond high watermark.
5019  */
5020 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5021 {
5022         struct zoneref *z;
5023         struct zone *zone;
5024
5025         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5026         unsigned long sum = 0;
5027
5028         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5029
5030         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5031                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5032                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5033                 if (size > high)
5034                         sum += size - high;
5035         }
5036
5037         return sum;
5038 }
5039
5040 /**
5041  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5042  *
5043  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5044  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5045  *
5046  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5047  * ZONE_NORMAL.
5048  */
5049 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5050 {
5051         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5052 }
5053 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5054
5055 /**
5056  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
5057  *
5058  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
5059  * high watermark within all zones.
5060  *
5061  * Return: number of pages beyond high watermark within all zones.
5062  */
5063 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
5064 {
5065         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5066 }
5067
5068 static inline void show_node(struct zone *zone)
5069 {
5070         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5071                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5072 }
5073
5074 long si_mem_available(void)
5075 {
5076         long available;
5077         unsigned long pagecache;
5078         unsigned long wmark_low = 0;
5079         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5080         unsigned long reclaimable;
5081         struct zone *zone;
5082         int lru;
5083
5084         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5085                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5086
5087         for_each_zone(zone)
5088                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5089
5090         /*
5091          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5092          * without causing swapping.
5093          */
5094         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5095
5096         /*
5097          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5098          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5099          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5100          */
5101         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5102         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5103         available += pagecache;
5104
5105         /*
5106          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5107          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5108          * low watermark.
5109          */
5110         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
5111                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5112         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5113
5114         if (available < 0)
5115                 available = 0;
5116         return available;
5117 }
5118 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5119
5120 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5121 {
5122         val->totalram = totalram_pages();
5123         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5124         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5125         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5126         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5127         val->freehigh = nr_free_highpages();
5128         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5129 }
5130
5131 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5132
5133 #ifdef CONFIG_NUMA
5134 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5135 {
5136         int zone_type;          /* needs to be signed */
5137         unsigned long managed_pages = 0;
5138         unsigned long managed_highpages = 0;
5139         unsigned long free_highpages = 0;
5140         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5141
5142         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5143                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5144         val->totalram = managed_pages;
5145         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5146         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5147 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5148         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5149                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5150
5151                 if (is_highmem(zone)) {
5152                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5153                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5154                 }
5155         }
5156         val->totalhigh = managed_highpages;
5157         val->freehigh = free_highpages;
5158 #else
5159         val->totalhigh = managed_highpages;
5160         val->freehigh = free_highpages;
5161 #endif
5162         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5163 }
5164 #endif
5165
5166 /*
5167  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5168  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5169  */
5170 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5171 {
5172         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5173                 return false;
5174
5175         /*
5176          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5177          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5178          * have to be precise here.
5179          */
5180         if (!nodemask)
5181                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5182
5183         return !node_isset(nid, *nodemask);
5184 }
5185
5186 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5187
5188 static void show_migration_types(unsigned char type)
5189 {
5190         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5191                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5192                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5193                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5194                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5195 #ifdef CONFIG_CMA
5196                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5197 #endif
5198 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5199                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5200 #endif
5201         };
5202         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5203         char *p = tmp;
5204         int i;
5205
5206         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5207                 if (type & (1 << i))
5208                         *p++ = types[i];
5209         }
5210
5211         *p = '\0';
5212         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5213 }
5214
5215 /*
5216  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5217  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5218  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5219  *
5220  * Bits in @filter:
5221  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5222  *   cpuset.
5223  */
5224 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5225 {
5226         unsigned long free_pcp = 0;
5227         int cpu;
5228         struct zone *zone;
5229         pg_data_t *pgdat;
5230
5231         for_each_populated_zone(zone) {
5232                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5233                         continue;
5234
5235                 for_each_online_cpu(cpu)
5236                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5237         }
5238
5239         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5240                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5241                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
5242                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5243                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5244                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5245                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5246                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5247                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5248                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5249                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5250                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5251                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5252                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5253                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5254                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
5255                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
5256                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
5257                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5258                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5259                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5260                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5261                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5262                 free_pcp,
5263                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5264
5265         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5266                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5267                         continue;
5268
5269                 printk("Node %d"
5270                         " active_anon:%lukB"
5271                         " inactive_anon:%lukB"
5272                         " active_file:%lukB"
5273                         " inactive_file:%lukB"
5274                         " unevictable:%lukB"
5275                         " isolated(anon):%lukB"
5276                         " isolated(file):%lukB"
5277                         " mapped:%lukB"
5278                         " dirty:%lukB"
5279                         " writeback:%lukB"
5280                         " shmem:%lukB"
5281 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5282                         " shmem_thp: %lukB"
5283                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5284                         " anon_thp: %lukB"
5285 #endif
5286                         " writeback_tmp:%lukB"
5287                         " unstable:%lukB"
5288                         " all_unreclaimable? %s"
5289                         "\n",
5290                         pgdat->node_id,
5291                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5292                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5293                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5294                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5295                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5296                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5297                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5298                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5299                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5300                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5301                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5302 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5303                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5304                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5305                                         * HPAGE_PMD_NR),
5306                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5307 #endif
5308                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5309                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
5310                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5311                                 "yes" : "no");
5312         }
5313
5314         for_each_populated_zone(zone) {
5315                 int i;
5316
5317                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5318                         continue;
5319
5320                 free_pcp = 0;
5321                 for_each_online_cpu(cpu)
5322                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5323
5324                 show_node(zone);
5325                 printk(KERN_CONT
5326                         "%s"
5327                         " free:%lukB"
5328                         " min:%lukB"
5329                         " low:%lukB"
5330                         " high:%lukB"
5331                         " reserved_highatomic:%luKB"
5332                         " active_anon:%lukB"
5333                         " inactive_anon:%lukB"
5334                         " active_file:%lukB"
5335                         " inactive_file:%lukB"
5336                         " unevictable:%lukB"
5337                         " writepending:%lukB"
5338                         " present:%lukB"
5339                         " managed:%lukB"
5340                         " mlocked:%lukB"
5341                         " kernel_stack:%lukB"
5342                         " pagetables:%lukB"
5343                         " bounce:%lukB"
5344                         " free_pcp:%lukB"
5345                         " local_pcp:%ukB"
5346                         " free_cma:%lukB"
5347                         "\n",
5348                         zone->name,
5349                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5350                         K(min_wmark_pages(zone)),
5351                         K(low_wmark_pages(zone)),
5352                         K(high_wmark_pages(zone)),
5353                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5354                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5355                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5356                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5357                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5358                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5359                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5360                         K(zone->present_pages),
5361                         K(zone_managed_pages(zone)),
5362                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5363                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5364                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5365                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5366                         K(free_pcp),
5367                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5368                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5369                 printk("lowmem_reserve[]:");
5370                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5371                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5372                 printk(KERN_CONT "\n");
5373         }
5374
5375         for_each_populated_zone(zone) {
5376                 unsigned int order;
5377                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5378                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5379
5380                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5381                         continue;
5382                 show_node(zone);
5383                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5384
5385                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5386                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5387                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5388                         int type;
5389
5390                         nr[order] = area->nr_free;
5391                         total += nr[order] << order;
5392
5393                         types[order] = 0;
5394                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5395                                 if (!free_area_empty(area, type))
5396                                         types[order] |= 1 << type;
5397                         }
5398                 }
5399                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5400                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5401                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5402                                nr[order], K(1UL) << order);
5403                         if (nr[order])
5404                                 show_migration_types(types[order]);
5405                 }
5406                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5407         }
5408
5409         hugetlb_show_meminfo();
5410
5411         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5412
5413         show_swap_cache_info();
5414 }
5415
5416 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5417 {
5418         zoneref->zone = zone;
5419         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5420 }
5421
5422 /*
5423  * Builds allocation fallback zone lists.
5424  *
5425  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5426  */
5427 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5428 {
5429         struct zone *zone;
5430         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5431         int nr_zones = 0;
5432
5433         do {
5434                 zone_type--;
5435                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5436                 if (managed_zone(zone)) {
5437                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5438                         check_highest_zone(zone_type);
5439                 }
5440         } while (zone_type);
5441
5442         return nr_zones;
5443 }
5444
5445 #ifdef CONFIG_NUMA
5446
5447 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5448 {
5449         /*
5450          * We used to support different zonlists modes but they turned
5451          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5452          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5453          * not fail it silently
5454          */
5455         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5456                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5457                 return -EINVAL;
5458         }
5459         return 0;
5460 }
5461
5462 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5463 {
5464         if (!s)
5465                 return 0;
5466
5467         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5468 }
5469 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5470
5471 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5472
5473 /*
5474  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5475  */
5476 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5477                 void __user *buffer, size_t *length,
5478                 loff_t *ppos)
5479 {
5480         char *str;
5481         int ret;
5482
5483         if (!write)
5484                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5485         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5486         if (IS_ERR(str))
5487                 return PTR_ERR(str);
5488
5489         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5490         kfree(str);
5491         return ret;
5492 }
5493
5494
5495 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5496 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5497
5498 /**
5499  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5500  * @node: node whose fallback list we're appending
5501  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5502  *
5503  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5504  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5505  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5506  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5507  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5508  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5509  * on them otherwise.
5510  *
5511  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5512  */
5513 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5514 {
5515         int n, val;
5516         int min_val = INT_MAX;
5517         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5518         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5519
5520         /* Use the local node if we haven't already */
5521         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5522                 node_set(node, *used_node_mask);
5523                 return node;
5524         }
5525
5526         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5527
5528                 /* Don't want a node to appear more than once */
5529                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5530                         continue;
5531
5532                 /* Use the distance array to find the distance */
5533                 val = node_distance(node, n);
5534
5535                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5536                 val += (n < node);
5537
5538                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5539                 tmp = cpumask_of_node(n);
5540                 if (!cpumask_empty(tmp))
5541                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5542
5543                 /* Slight preference for less loaded node */
5544                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5545                 val += node_load[n];
5546
5547                 if (val < min_val) {
5548                         min_val = val;
5549                         best_node = n;
5550                 }
5551         }
5552
5553         if (best_node >= 0)
5554                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5555
5556         return best_node;
5557 }
5558
5559
5560 /*
5561  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5562  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5563  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5564  */
5565 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5566                 unsigned nr_nodes)
5567 {
5568         struct zoneref *zonerefs;
5569         int i;
5570
5571         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5572
5573         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5574                 int nr_zones;
5575
5576                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5577
5578                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5579                 zonerefs += nr_zones;
5580         }
5581         zonerefs->zone = NULL;
5582         zonerefs->zone_idx = 0;
5583 }
5584
5585 /*
5586  * Build gfp_thisnode zonelists
5587  */
5588 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5589 {
5590         struct zoneref *zonerefs;
5591         int nr_zones;
5592
5593         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5594         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5595         zonerefs += nr_zones;
5596         zonerefs->zone = NULL;
5597         zonerefs->zone_idx = 0;
5598 }
5599
5600 /*
5601  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5602  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5603  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5604  * may still exist in local DMA zone.
5605  */
5606
5607 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5608 {
5609         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5610         int node, load, nr_nodes = 0;
5611         nodemask_t used_mask;
5612         int local_node, prev_node;
5613
5614         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5615         local_node = pgdat->node_id;
5616         load = nr_online_nodes;
5617         prev_node = local_node;
5618         nodes_clear(used_mask);
5619
5620         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5621         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5622                 /*
5623                  * We don't want to pressure a particular node.
5624                  * So adding penalty to the first node in same
5625                  * distance group to make it round-robin.
5626                  */
5627                 if (node_distance(local_node, node) !=
5628                     node_distance(local_node, prev_node))
5629                         node_load[node] = load;
5630
5631                 node_order[nr_nodes++] = node;
5632                 prev_node = node;
5633                 load--;
5634         }
5635
5636         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5637         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5638 }
5639
5640 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5641 /*
5642  * Return node id of node used for "local" allocations.
5643  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5644  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5645  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5646  */
5647 int local_memory_node(int node)
5648 {
5649         struct zoneref *z;
5650
5651         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5652                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5653                                    NULL);
5654         return zone_to_nid(z->zone);
5655 }
5656 #endif
5657
5658 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5659 static void setup_min_slab_ratio(void);
5660 #else   /* CONFIG_NUMA */
5661
5662 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5663 {
5664         int node, local_node;
5665         struct zoneref *zonerefs;
5666         int nr_zones;
5667
5668         local_node = pgdat->node_id;
5669
5670         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5671         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5672         zonerefs += nr_zones;
5673
5674         /*
5675          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5676          * of all the other nodes.
5677          * We don't want to pressure a particular node, so when
5678          * building the zones for node N, we make sure that the
5679          * zones coming right after the local ones are those from
5680          * node N+1 (modulo N)
5681          */
5682         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5683                 if (!node_online(node))
5684                         continue;
5685                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5686                 zonerefs += nr_zones;
5687         }
5688         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5689                 if (!node_online(node))
5690                         continue;
5691                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5692                 zonerefs += nr_zones;
5693         }
5694
5695         zonerefs->zone = NULL;
5696         zonerefs->zone_idx = 0;
5697 }
5698
5699 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5700
5701 /*
5702  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5703  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5704  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5705  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5706  * with interrupts disabled.
5707  *
5708  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5709  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5710  * hotplugged processors.
5711  *
5712  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5713  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5714  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5715  */
5716 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5717 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5718 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5719
5720 static void __build_all_zonelists(void *data)
5721 {
5722         int nid;
5723         int __maybe_unused cpu;
5724         pg_data_t *self = data;
5725         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5726
5727         spin_lock(&lock);
5728
5729 #ifdef CONFIG_NUMA
5730         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5731 #endif
5732
5733         /*
5734          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5735          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5736          */
5737         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5738                 build_zonelists(self);
5739         } else {
5740                 for_each_online_node(nid) {
5741                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5742
5743                         build_zonelists(pgdat);
5744                 }
5745
5746 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5747                 /*
5748                  * We now know the "local memory node" for each node--
5749                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5750                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5751                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5752                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5753                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5754                  */
5755                 for_each_online_cpu(cpu)
5756                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5757 #endif
5758         }
5759
5760         spin_unlock(&lock);
5761 }
5762
5763 static noinline void __init
5764 build_all_zonelists_init(void)
5765 {
5766         int cpu;
5767
5768         __build_all_zonelists(NULL);
5769
5770         /*
5771          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5772          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5773          * each zone will be allocated later when the per cpu
5774          * allocator is available.
5775          *
5776          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5777          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5778          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5779          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5780          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5781          * (a chicken-egg dilemma).
5782          */
5783         for_each_possible_cpu(cpu)
5784                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5785
5786         mminit_verify_zonelist();
5787         cpuset_init_current_mems_allowed();
5788 }
5789
5790 /*
5791  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5792  *
5793  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5794  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5795  */
5796 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5797 {
5798         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5799                 build_all_zonelists_init();
5800         } else {
5801                 __build_all_zonelists(pgdat);
5802                 /* cpuset refresh routine should be here */
5803         }
5804         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5805         /*
5806          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5807          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5808          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5809          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5810          * disabled and enable it later
5811          */
5812         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5813                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5814         else
5815                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5816
5817         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5818                 nr_online_nodes,
5819                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5820                 vm_total_pages);
5821 #ifdef CONFIG_NUMA
5822         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5823 #endif
5824 }
5825
5826 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5827 static bool __meminit
5828 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5829 {
5830 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5831         static struct memblock_region *r;
5832
5833         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5834                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5835                         for_each_memblock(memory, r) {
5836                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5837                                         break;
5838                         }
5839                 }
5840                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5841                     memblock_is_mirror(r)) {
5842                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5843                         return true;
5844                 }
5845         }
5846 #endif
5847         return false;
5848 }
5849
5850 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
5851 /* Skip PFNs that belong to non-present sections */
5852 static inline __meminit unsigned long next_pfn(unsigned long pfn)
5853 {
5854         const unsigned long section_nr = pfn_to_section_nr(++pfn);
5855
5856         if (present_section_nr(section_nr))
5857                 return pfn;
5858         return section_nr_to_pfn(next_present_section_nr(section_nr));
5859 }
5860 #else
5861 static inline __meminit unsigned long next_pfn(unsigned long pfn)
5862 {
5863         return pfn++;
5864 }
5865 #endif
5866
5867 /*
5868  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5869  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5870  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5871  */
5872 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5873                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5874                 struct vmem_altmap *altmap)
5875 {
5876         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5877         struct page *page;
5878
5879         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5880                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5881
5882 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5883         /*
5884          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5885          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5886          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5887          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5888          * the hotplug lock.
5889          */
5890         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5891                 if (!altmap)
5892                         return;
5893
5894                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5895                         start_pfn += altmap->reserve;
5896                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5897         }
5898 #endif
5899
5900         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
5901                 /*
5902                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5903                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5904                  */
5905                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5906                         if (!early_pfn_valid(pfn)) {
5907                                 pfn = next_pfn(pfn);
5908                                 continue;
5909                         }
5910                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid)) {
5911                                 pfn++;
5912                                 continue;
5913                         }
5914                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
5915                                 continue;
5916                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
5917                                 break;
5918                 }
5919
5920                 page = pfn_to_page(pfn);
5921                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5922                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5923                         __SetPageReserved(page);
5924
5925                 /*
5926                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5927                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5928                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5929                  * the address space during boot when many long-lived
5930                  * kernel allocations are made.
5931                  *
5932                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5933                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5934                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5935                  * pfn out of zone.
5936                  */
5937                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5938                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5939                         cond_resched();
5940                 }
5941                 pfn++;
5942         }
5943 }
5944
5945 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5946 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
5947                                    unsigned long start_pfn,
5948                                    unsigned long nr_pages,
5949                                    struct dev_pagemap *pgmap)
5950 {
5951         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
5952         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5953         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
5954         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
5955         unsigned long start = jiffies;
5956         int nid = pgdat->node_id;
5957
5958         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
5959                 return;
5960
5961         /*
5962          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
5963          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
5964          * the end of that region and start processing the device pages.
5965          */
5966         if (altmap) {
5967                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5968                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
5969         }
5970
5971         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5972                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5973
5974                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
5975
5976                 /*
5977                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
5978                  * phase for it to be fully associated with a zone.
5979                  *
5980                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
5981                  * the flag as we are still initializing the pages.
5982                  */
5983                 __SetPageReserved(page);
5984
5985                 /*
5986                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
5987                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
5988                  * ever freed or placed on a driver-private list.
5989                  */
5990                 page->pgmap = pgmap;
5991                 page->zone_device_data = NULL;
5992
5993                 /*
5994                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5995                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5996                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5997                  * the address space during boot when many long-lived
5998                  * kernel allocations are made.
5999                  *
6000                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6001                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6002                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6003                  * pfn out of zone.
6004                  *
6005                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6006                  * because this is done early in section_activate()
6007                  */
6008                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6009                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6010                         cond_resched();
6011                 }
6012         }
6013
6014         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6015                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6016 }
6017
6018 #endif
6019 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6020 {
6021         unsigned int order, t;
6022         for_each_migratetype_order(order, t) {
6023                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6024                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6025         }
6026 }
6027
6028 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6029                                   unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
6030 {
6031         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, MEMMAP_EARLY, NULL);
6032 }
6033
6034 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6035 {
6036 #ifdef CONFIG_MMU
6037         int batch;
6038
6039         /*
6040          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6041          * size of the zone.
6042          */
6043         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6044         /* But no more than a meg. */
6045         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6046                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6047         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6048         if (batch < 1)
6049                 batch = 1;
6050
6051         /*
6052          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6053          * of 2 value was found to be more likely to have
6054          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6055          *
6056          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6057          * batches of pages, one task can end up with a lot
6058          * of pages of one half of the possible page colors
6059          * and the other with pages of the other colors.
6060          */
6061         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6062
6063         return batch;
6064
6065 #else
6066         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6067          * conditions.
6068          *
6069          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6070          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6071          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6072          *
6073          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6074          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6075          * can be a significant delay between the individual batches being
6076          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6077          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6078          */
6079         return 0;
6080 #endif
6081 }
6082
6083 /*
6084  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6085  * ->batch must never be higher then ->high.
6086  * The following function updates them in a safe manner without read side
6087  * locking.
6088  *
6089  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6090  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
6091  *
6092  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6093  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6094  * exist).
6095  */
6096 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6097                 unsigned long batch)
6098 {
6099        /* start with a fail safe value for batch */
6100         pcp->batch = 1;
6101         smp_wmb();
6102
6103        /* Update high, then batch, in order */
6104         pcp->high = high;
6105         smp_wmb();
6106
6107         pcp->batch = batch;
6108 }
6109
6110 /* a companion to pageset_set_high() */
6111 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6112 {
6113         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6114 }
6115
6116 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6117 {
6118         struct per_cpu_pages *pcp;
6119         int migratetype;
6120
6121         memset(p, 0, sizeof(*p));
6122
6123         pcp = &p->pcp;
6124         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6125                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6126 }
6127
6128 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6129 {
6130         pageset_init(p);
6131         pageset_set_batch(p, batch);
6132 }
6133
6134 /*
6135  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6136  * to the value high for the pageset p.
6137  */
6138 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6139                                 unsigned long high)
6140 {
6141         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6142         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6143                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6144
6145         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6146 }
6147
6148 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6149                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6150 {
6151         if (percpu_pagelist_fraction)
6152                 pageset_set_high(pcp,
6153                         (zone_managed_pages(zone) /
6154                                 percpu_pagelist_fraction));
6155         else
6156                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6157 }
6158
6159 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6160 {
6161         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6162
6163         pageset_init(pcp);
6164         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6165 }
6166
6167 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6168 {
6169         int cpu;
6170         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6171         for_each_possible_cpu(cpu)
6172                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6173 }
6174
6175 /*
6176  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6177  * Before this call only boot pagesets were available.
6178  */
6179 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6180 {
6181         struct pglist_data *pgdat;
6182         struct zone *zone;
6183
6184         for_each_populated_zone(zone)
6185                 setup_zone_pageset(zone);
6186
6187         for_each_online_pgdat(pgdat)
6188                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6189                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6190 }
6191
6192 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6193 {
6194         /*
6195          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6196          * relies on the ability of the linker to provide the
6197          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6198          */
6199         zone->pageset = &boot_pageset;
6200
6201         if (populated_zone(zone))
6202                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6203                         zone->name, zone->present_pages,
6204                                          zone_batchsize(zone));
6205 }
6206
6207 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6208                                         unsigned long zone_start_pfn,
6209                                         unsigned long size)
6210 {
6211         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6212         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6213
6214         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6215                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6216
6217         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6218
6219         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6220                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6221                         pgdat->node_id,
6222                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6223                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6224
6225         zone_init_free_lists(zone);
6226         zone->initialized = 1;
6227 }
6228
6229 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6230 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
6231
6232 /*
6233  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
6234  */
6235 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
6236                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
6237 {
6238         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6239         int nid;
6240
6241         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
6242                 return state->last_nid;
6243
6244         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
6245         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
6246                 state->last_start = start_pfn;
6247                 state->last_end = end_pfn;
6248                 state->last_nid = nid;
6249         }
6250
6251         return nid;
6252 }
6253 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
6254
6255 /**
6256  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
6257  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
6258  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
6259  *
6260  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
6261  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
6262  * memblock_free_early_nid() manually.
6263  */
6264 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
6265 {
6266         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6267         int i, this_nid;
6268
6269         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
6270                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
6271                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
6272
6273                 if (start_pfn < end_pfn)
6274                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
6275                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
6276                                         this_nid);
6277         }
6278 }
6279
6280 /**
6281  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
6282  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
6283  *
6284  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
6285  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
6286  */
6287 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
6288 {
6289         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6290         int i, this_nid;
6291
6292         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
6293                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
6294 }
6295
6296 /**
6297  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6298  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6299  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6300  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6301  *
6302  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6303  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6304  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6305  * PFNs will be 0.
6306  */
6307 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6308                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6309 {
6310         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6311         int i;
6312
6313         *start_pfn = -1UL;
6314         *end_pfn = 0;
6315
6316         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6317                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6318                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6319         }
6320
6321         if (*start_pfn == -1UL)
6322                 *start_pfn = 0;
6323 }
6324
6325 /*
6326  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6327  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6328  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6329  */
6330 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6331 {
6332         int zone_index;
6333         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6334                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6335                         continue;
6336
6337                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6338                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6339                         break;
6340         }
6341
6342         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6343         movable_zone = zone_index;
6344 }
6345
6346 /*
6347  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6348  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6349  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6350  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6351  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6352  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6353  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6354  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6355  */
6356 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6357                                         unsigned long zone_type,
6358                                         unsigned long node_start_pfn,
6359                                         unsigned long node_end_pfn,
6360                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6361                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6362 {
6363         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6364         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6365                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6366                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6367                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6368                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6369                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6370
6371                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6372                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6373                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6374                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6375                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6376
6377                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6378                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6379                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6380         }
6381 }
6382
6383 /*
6384  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6385  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6386  */
6387 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6388                                         unsigned long zone_type,
6389                                         unsigned long node_start_pfn,
6390                                         unsigned long node_end_pfn,
6391                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6392                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6393                                         unsigned long *ignored)
6394 {
6395         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6396         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6397         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6398         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6399                 return 0;
6400
6401         /* Get the start and end of the zone */
6402         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6403         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6404         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6405                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6406                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6407
6408         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6409         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6410                 return 0;
6411
6412         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6413         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6414         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6415
6416         /* Return the spanned pages */
6417         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6418 }
6419
6420 /*
6421  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6422  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6423  */
6424 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6425                                 unsigned long range_start_pfn,
6426                                 unsigned long range_end_pfn)
6427 {
6428         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6429         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6430         int i;
6431
6432         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6433                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6434                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6435                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6436         }
6437         return nr_absent;
6438 }
6439
6440 /**
6441  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6442  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6443  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6444  *
6445  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6446  */
6447 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6448                                                         unsigned long end_pfn)
6449 {
6450         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6451 }
6452
6453 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6454 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6455                                         unsigned long zone_type,
6456                                         unsigned long node_start_pfn,
6457                                         unsigned long node_end_pfn,
6458                                         unsigned long *ignored)
6459 {
6460         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6461         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6462         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6463         unsigned long nr_absent;
6464
6465         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6466         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6467                 return 0;
6468
6469         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6470         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6471
6472         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6473                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6474                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6475         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6476
6477         /*
6478          * ZONE_MOVABLE handling.
6479          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6480          * and vice versa.
6481          */
6482         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6483                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6484                 struct memblock_region *r;
6485
6486                 for_each_memblock(memory, r) {
6487                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6488                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6489                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6490                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6491
6492                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6493                             memblock_is_mirror(r))
6494                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6495
6496                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6497                             !memblock_is_mirror(r))
6498                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6499                 }
6500         }
6501
6502         return nr_absent;
6503 }
6504
6505 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6506 static inline unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6507                                         unsigned long zone_type,
6508                                         unsigned long node_start_pfn,
6509                                         unsigned long node_end_pfn,
6510                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6511                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6512                                         unsigned long *zones_size)
6513 {
6514         unsigned int zone;
6515
6516         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6517         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6518                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6519
6520         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6521
6522         return zones_size[zone_type];
6523 }
6524
6525 static inline unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6526                                                 unsigned long zone_type,
6527                                                 unsigned long node_start_pfn,
6528                                                 unsigned long node_end_pfn,
6529                                                 unsigned long *zholes_size)
6530 {
6531         if (!zholes_size)
6532                 return 0;
6533
6534         return zholes_size[zone_type];
6535 }
6536
6537 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6538
6539 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6540                                                 unsigned long node_start_pfn,
6541                                                 unsigned long node_end_pfn,
6542                                                 unsigned long *zones_size,
6543                                                 unsigned long *zholes_size)
6544 {
6545         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6546         enum zone_type i;
6547
6548         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6549                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6550                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6551                 unsigned long size, real_size;
6552
6553                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6554                                                   node_start_pfn,
6555                                                   node_end_pfn,
6556                                                   &zone_start_pfn,
6557                                                   &zone_end_pfn,
6558                                                   zones_size);
6559                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6560                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6561                                                   zholes_size);
6562                 if (size)
6563                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6564                 else
6565                         zone->zone_start_pfn = 0;
6566                 zone->spanned_pages = size;
6567                 zone->present_pages = real_size;
6568
6569                 totalpages += size;
6570                 realtotalpages += real_size;
6571         }
6572
6573         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6574         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6575         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6576                                                         realtotalpages);
6577 }
6578
6579 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6580 /*
6581  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6582  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6583  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6584  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6585  * bytes.
6586  */
6587 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6588 {
6589         unsigned long usemapsize;
6590
6591         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6592         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6593         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6594         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6595         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6596
6597         return usemapsize / 8;
6598 }
6599
6600 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6601                                 struct zone *zone,
6602                                 unsigned long zone_start_pfn,
6603                                 unsigned long zonesize)
6604 {
6605         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6606         zone->pageblock_flags = NULL;
6607         if (usemapsize) {
6608                 zone->pageblock_flags =
6609                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6610                                             pgdat->node_id);
6611                 if (!zone->pageblock_flags)
6612                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6613                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6614         }
6615 }
6616 #else
6617 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6618                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6619 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6620
6621 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6622
6623 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6624 void __init set_pageblock_order(void)
6625 {
6626         unsigned int order;
6627
6628         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6629         if (pageblock_order)
6630                 return;
6631
6632         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6633                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6634         else
6635                 order = MAX_ORDER - 1;
6636
6637         /*
6638          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6639          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6640          * powerpc.
6641          */
6642         pageblock_order = order;
6643 }
6644 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6645
6646 /*
6647  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6648  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6649  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6650  * the kernel config
6651  */
6652 void __init set_pageblock_order(void)
6653 {
6654 }
6655
6656 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6657
6658 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6659                                                 unsigned long present_pages)
6660 {
6661         unsigned long pages = spanned_pages;
6662
6663         /*
6664          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6665          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6666          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6667          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6668          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6669          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6670          */
6671         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6672             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6673                 pages = present_pages;
6674
6675         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6676 }
6677
6678 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6679 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6680 {
6681         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6682
6683         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6684         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6685         ds_queue->split_queue_len = 0;
6686 }
6687 #else
6688 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6689 #endif
6690
6691 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6692 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6693 {
6694         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6695 }
6696 #else
6697 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6698 #endif
6699
6700 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6701 {
6702         pgdat_resize_init(pgdat);
6703
6704         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6705         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6706
6707         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6708         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6709
6710         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6711         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6712         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
6713 }
6714
6715 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6716                                                         unsigned long remaining_pages)
6717 {
6718         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6719         zone_set_nid(zone, nid);
6720         zone->name = zone_names[idx];
6721         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6722         spin_lock_init(&zone->lock);
6723         zone_seqlock_init(zone);
6724         zone_pcp_init(zone);
6725 }
6726
6727 /*
6728  * Set up the zone data structures
6729  * - init pgdat internals
6730  * - init all zones belonging to this node
6731  *
6732  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6733  */
6734 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6735 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6736 {
6737         enum zone_type z;
6738         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6739
6740         pgdat_init_internals(pgdat);
6741         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6742                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6743 }
6744 #endif
6745
6746 /*
6747  * Set up the zone data structures:
6748  *   - mark all pages reserved
6749  *   - mark all memory queues empty
6750  *   - clear the memory bitmaps
6751  *
6752  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6753  * NOTE: this function is only called during early init.
6754  */
6755 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6756 {
6757         enum zone_type j;
6758         int nid = pgdat->node_id;
6759
6760         pgdat_init_internals(pgdat);
6761         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6762
6763         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6764                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6765                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6766                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6767
6768                 size = zone->spanned_pages;
6769                 freesize = zone->present_pages;
6770
6771                 /*
6772                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6773                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6774                  * and per-cpu initialisations
6775                  */
6776                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6777                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6778                         if (freesize >= memmap_pages) {
6779                                 freesize -= memmap_pages;
6780                                 if (memmap_pages)
6781                                         printk(KERN_DEBUG
6782                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6783                                                zone_names[j], memmap_pages);
6784                         } else
6785                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6786                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6787                 }
6788
6789                 /* Account for reserved pages */
6790                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6791                         freesize -= dma_reserve;
6792                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6793                                         zone_names[0], dma_reserve);
6794                 }
6795
6796                 if (!is_highmem_idx(j))
6797                         nr_kernel_pages += freesize;
6798                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6799                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6800                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6801                 nr_all_pages += freesize;
6802
6803                 /*
6804                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6805                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6806                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6807                  */
6808                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6809
6810                 if (!size)
6811                         continue;
6812
6813                 set_pageblock_order();
6814                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6815                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6816                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6817         }
6818 }
6819
6820 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6821 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6822 {
6823         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6824         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6825
6826         /* Skip empty nodes */
6827         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6828                 return;
6829
6830         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6831         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6832         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6833         if (!pgdat->node_mem_map) {
6834                 unsigned long size, end;
6835                 struct page *map;
6836
6837                 /*
6838                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6839                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6840                  * for the buddy allocator to function correctly.
6841                  */
6842                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6843                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6844                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6845                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6846                                           pgdat->node_id);
6847                 if (!map)
6848                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6849                               size, pgdat->node_id);
6850                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6851         }
6852         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6853                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6854                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6855 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6856         /*
6857          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6858          */
6859         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6860                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6861 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6862                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6863                         mem_map -= offset;
6864 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6865         }
6866 #endif
6867 }
6868 #else
6869 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6870 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6871
6872 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6873 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6874 {
6875         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6876 }
6877 #else
6878 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6879 #endif
6880
6881 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6882                                    unsigned long node_start_pfn,
6883                                    unsigned long *zholes_size)
6884 {
6885         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6886         unsigned long start_pfn = 0;
6887         unsigned long end_pfn = 0;
6888
6889         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6890         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6891
6892         pgdat->node_id = nid;
6893         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6894         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6895 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6896         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6897         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6898                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6899                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6900 #else
6901         start_pfn = node_start_pfn;
6902 #endif
6903         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6904                                   zones_size, zholes_size);
6905
6906         alloc_node_mem_map(pgdat);
6907         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6908
6909         free_area_init_core(pgdat);
6910 }
6911
6912 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6913 /*
6914  * Initialize all valid struct pages in the range [spfn, epfn) and mark them
6915  * PageReserved(). Return the number of struct pages that were initialized.
6916  */
6917 static u64 __init init_unavailable_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6918 {
6919         unsigned long pfn;
6920         u64 pgcnt = 0;
6921
6922         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6923                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6924                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6925                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6926                         continue;
6927                 }
6928                 /*
6929                  * Use a fake node/zone (0) for now. Some of these pages
6930                  * (in memblock.reserved but not in memblock.memory) will
6931                  * get re-initialized via reserve_bootmem_region() later.
6932                  */
6933                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, 0, 0);
6934                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6935                 pgcnt++;
6936         }
6937
6938         return pgcnt;
6939 }
6940
6941 /*
6942  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6943  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6944  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6945  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6946  * flags). We must explicitly initialize those struct pages.
6947  *
6948  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6949  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6950  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6951  * layout is manually configured via memmap=, or when the highest physical
6952  * address (max_pfn) does not end on a section boundary.
6953  */
6954 static void __init init_unavailable_mem(void)
6955 {
6956         phys_addr_t start, end;
6957         u64 i, pgcnt;
6958         phys_addr_t next = 0;
6959
6960         /*
6961          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6962          */
6963         pgcnt = 0;
6964         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6965                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6966                 if (next < start)
6967                         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
6968                                                         PFN_UP(start));
6969                 next = end;
6970         }
6971
6972         /*
6973          * Early sections always have a fully populated memmap for the whole
6974          * section - see pfn_valid(). If the last section has holes at the
6975          * end and that section is marked "online", the memmap will be
6976          * considered initialized. Make sure that memmap has a well defined
6977          * state.
6978          */
6979         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
6980                                         round_up(max_pfn, PAGES_PER_SECTION));
6981
6982         /*
6983          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6984          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6985          */
6986         if (pgcnt)
6987                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
6988 }
6989 #else
6990 static inline void __init init_unavailable_mem(void)
6991 {
6992 }
6993 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6994
6995 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6996
6997 #if MAX_NUMNODES > 1
6998 /*
6999  * Figure out the number of possible node ids.
7000  */
7001 void __init setup_nr_node_ids(void)
7002 {
7003         unsigned int highest;
7004
7005         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7006         nr_node_ids = highest + 1;
7007 }
7008 #endif
7009
7010 /**
7011  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7012  *
7013  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7014  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7015  * all the nodes.
7016  *
7017  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7018  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7019  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7020  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7021  *
7022  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7023  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7024  * populated node map.
7025  *
7026  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7027  * requirement (single node).
7028  */
7029 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7030 {
7031         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7032         unsigned long start, end, mask;
7033         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7034         int i, nid;
7035
7036         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7037                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7038                         last_nid = nid;
7039                         last_end = end;
7040                         continue;
7041                 }
7042
7043                 /*
7044                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7045                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7046                  * too coarse to separate the current node from the last.
7047                  */
7048                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7049                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7050                         mask <<= 1;
7051
7052                 /* accumulate all internode masks */
7053                 accl_mask |= mask;
7054         }
7055
7056         /* convert mask to number of pages */
7057         return ~accl_mask + 1;
7058 }
7059
7060 /* Find the lowest pfn for a node */
7061 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
7062 {
7063         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
7064         unsigned long start_pfn;
7065         int i;
7066
7067         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
7068                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
7069
7070         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
7071                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
7072                 return 0;
7073         }
7074
7075         return min_pfn;
7076 }
7077
7078 /**
7079  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7080  *
7081  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7082  * memblock_set_node().
7083  */
7084 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7085 {
7086         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
7087 }
7088
7089 /*
7090  * early_calculate_totalpages()
7091  * Sum pages in active regions for movable zone.
7092  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7093  */
7094 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7095 {
7096         unsigned long totalpages = 0;
7097         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7098         int i, nid;
7099
7100         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7101                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7102
7103                 totalpages += pages;
7104                 if (pages)
7105                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7106         }
7107         return totalpages;
7108 }
7109
7110 /*
7111  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7112  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7113  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7114  * others
7115  */
7116 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7117 {
7118         int i, nid;
7119         unsigned long usable_startpfn;
7120         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7121         /* save the state before borrow the nodemask */
7122         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7123         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7124         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7125         struct memblock_region *r;
7126
7127         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7128         find_usable_zone_for_movable();
7129
7130         /*
7131          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7132          * options.
7133          */
7134         if (movable_node_is_enabled()) {
7135                 for_each_memblock(memory, r) {
7136                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7137                                 continue;
7138
7139                         nid = r->nid;
7140
7141                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7142                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7143                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7144                                 usable_startpfn;
7145                 }
7146
7147                 goto out2;
7148         }
7149
7150         /*
7151          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7152          */
7153         if (mirrored_kernelcore) {
7154                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7155
7156                 for_each_memblock(memory, r) {
7157                         if (memblock_is_mirror(r))
7158                                 continue;
7159
7160                         nid = r->nid;
7161
7162                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7163
7164                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7165                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7166                                 continue;
7167                         }
7168
7169                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7170                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7171                                 usable_startpfn;
7172                 }
7173
7174                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7175                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
7176
7177                 goto out2;
7178         }
7179
7180         /*
7181          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7182          * amount of necessary memory.
7183          */
7184         if (required_kernelcore_percent)
7185                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7186                                        10000UL;
7187         if (required_movablecore_percent)
7188                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7189                                         10000UL;
7190
7191         /*
7192          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7193          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7194          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7195          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7196          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7197          * what movablecore would have allowed.
7198          */
7199         if (required_movablecore) {
7200                 unsigned long corepages;
7201
7202                 /*
7203                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7204                  * was requested by the user
7205                  */
7206                 required_movablecore =
7207                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7208                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7209                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7210
7211                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7212         }
7213
7214         /*
7215          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7216          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7217          */
7218         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7219                 goto out;
7220
7221         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7222         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7223
7224 restart:
7225         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7226         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7227         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7228                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7229
7230                 /*
7231                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7232                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7233                  * amount of memory for the kernel
7234                  */
7235                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7236                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7237
7238                 /*
7239                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7240                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7241                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7242                  */
7243                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7244
7245                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7246                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7247                         unsigned long size_pages;
7248
7249                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7250                         if (start_pfn >= end_pfn)
7251                                 continue;
7252
7253                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7254                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7255                                 unsigned long kernel_pages;
7256                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7257                                                                 - start_pfn;
7258
7259                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7260                                                         kernelcore_remaining);
7261                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7262                                                         required_kernelcore);
7263
7264                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7265                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7266
7267                                         /*
7268                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7269                                          * that if we have to rebalance
7270                                          * kernelcore across nodes, we will
7271                                          * not double account here
7272                                          */
7273                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7274                                         continue;
7275                                 }
7276                                 start_pfn = usable_startpfn;
7277                         }
7278
7279                         /*
7280                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7281                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7282                          * number of pages used as kernelcore
7283                          */
7284                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7285                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7286                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7287                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7288
7289                         /*
7290                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7291                          * break if the kernelcore for this node has been
7292                          * satisfied
7293                          */
7294                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7295                                                                 size_pages);
7296                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7297                         if (!kernelcore_remaining)
7298                                 break;
7299                 }
7300         }
7301
7302         /*
7303          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7304          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7305          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7306          * satisfied
7307          */
7308         usable_nodes--;
7309         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7310                 goto restart;
7311
7312 out2:
7313         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7314         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7315                 zone_movable_pfn[nid] =
7316                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7317
7318 out:
7319         /* restore the node_state */
7320         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7321 }
7322
7323 /* Any regular or high memory on that node ? */
7324 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7325 {
7326         enum zone_type zone_type;
7327
7328         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7329                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7330                 if (populated_zone(zone)) {
7331                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7332                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7333                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7334                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7335                         break;
7336                 }
7337         }
7338 }
7339
7340 /**
7341  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
7342  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7343  *
7344  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7345  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7346  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7347  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7348  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7349  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7350  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7351  * at arch_max_dma_pfn.
7352  */
7353 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
7354 {
7355         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7356         int i, nid;
7357
7358         /* Record where the zone boundaries are */
7359         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7360                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7361         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7362                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7363
7364         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7365
7366         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7367                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7368                         continue;
7369
7370                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
7371                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
7372                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
7373
7374                 start_pfn = end_pfn;
7375         }
7376
7377         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7378         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7379         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7380
7381         /* Print out the zone ranges */
7382         pr_info("Zone ranges:\n");
7383         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7384                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7385                         continue;
7386                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7387                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7388                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7389                         pr_cont("empty\n");
7390                 else
7391                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7392                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7393                                         << PAGE_SHIFT,
7394                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7395                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7396         }
7397
7398         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7399         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7400         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7401                 if (zone_movable_pfn[i])
7402                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7403                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7404         }
7405
7406         /*
7407          * Print out the early node map, and initialize the
7408          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7409          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7410          */
7411         pr_info("Early memory node ranges\n");
7412         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7413                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7414                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7415                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7416                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7417         }
7418
7419         /* Initialise every node */
7420         mminit_verify_pageflags_layout();
7421         setup_nr_node_ids();
7422         init_unavailable_mem();
7423         for_each_online_node(nid) {
7424                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7425                 free_area_init_node(nid, NULL,
7426                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
7427
7428                 /* Any memory on that node */
7429                 if (pgdat->node_present_pages)
7430                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7431                 check_for_memory(pgdat, nid);
7432         }
7433 }
7434
7435 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7436                                      unsigned long *percent)
7437 {
7438         unsigned long long coremem;
7439         char *endptr;
7440
7441         if (!p)
7442                 return -EINVAL;
7443
7444         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7445         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7446         if (*endptr == '%') {
7447                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7448                 WARN_ON(coremem > 100);
7449
7450                 *percent = coremem;
7451         } else {
7452                 coremem = memparse(p, &p);
7453                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7454                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7455
7456                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7457                 *percent = 0UL;
7458         }
7459         return 0;
7460 }
7461
7462 /*
7463  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7464  * cannot be reclaimed or migrated.
7465  */
7466 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7467 {
7468         /* parse kernelcore=mirror */
7469         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7470                 mirrored_kernelcore = true;
7471                 return 0;
7472         }
7473
7474         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7475                                   &required_kernelcore_percent);
7476 }
7477
7478 /*
7479  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7480  * can be reclaimed or migrated.
7481  */
7482 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7483 {
7484         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7485                                   &required_movablecore_percent);
7486 }
7487
7488 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7489 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7490
7491 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
7492
7493 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7494 {
7495         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7496         totalram_pages_add(count);
7497 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7498         if (PageHighMem(page))
7499                 totalhigh_pages_add(count);
7500 #endif
7501 }
7502 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7503
7504 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7505 {
7506         void *pos;
7507         unsigned long pages = 0;
7508
7509         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7510         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7511         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7512                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7513                 void *direct_map_addr;
7514
7515                 /*
7516                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7517                  * because some architectures' virt_to_page()
7518                  * work with aliases.  Getting the direct map
7519                  * address ensures that we get a _writeable_
7520                  * alias for the memset().
7521                  */
7522                 direct_map_addr = page_address(page);
7523                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7524                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7525
7526                 free_reserved_page(page);
7527         }
7528
7529         if (pages && s)
7530                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7531                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7532
7533         return pages;
7534 }
7535
7536 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7537 void free_highmem_page(struct page *page)
7538 {
7539         __free_reserved_page(page);
7540         totalram_pages_inc();
7541         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7542         totalhigh_pages_inc();
7543 }
7544 #endif
7545
7546
7547 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7548 {
7549         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7550         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7551
7552         physpages = get_num_physpages();
7553         codesize = _etext - _stext;
7554         datasize = _edata - _sdata;
7555         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7556         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7557         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7558         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7559
7560         /*
7561          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7562          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7563          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7564          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7565          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7566          */
7567 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7568         do { \
7569                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7570                         size -= adj; \
7571         } while (0)
7572
7573         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7574                      _sinittext, init_code_size);
7575         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7576         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7577         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7578         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7579
7580 #undef  adj_init_size
7581
7582         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7583 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7584                 ", %luK highmem"
7585 #endif
7586                 "%s%s)\n",
7587                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7588                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7589                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7590                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7591                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7592                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7593 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7594                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7595 #endif
7596                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7597 }
7598
7599 /**
7600  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7601  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7602  *
7603  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7604  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7605  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7606  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7607  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7608  * smaller per-cpu batchsize.
7609  */
7610 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7611 {
7612         dma_reserve = new_dma_reserve;
7613 }
7614
7615 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7616 {
7617         init_unavailable_mem();
7618         free_area_init_node(0, zones_size,
7619                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7620 }
7621
7622 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7623 {
7624
7625         lru_add_drain_cpu(cpu);
7626         drain_pages(cpu);
7627
7628         /*
7629          * Spill the event counters of the dead processor
7630          * into the current processors event counters.
7631          * This artificially elevates the count of the current
7632          * processor.
7633          */
7634         vm_events_fold_cpu(cpu);
7635
7636         /*
7637          * Zero the differential counters of the dead processor
7638          * so that the vm statistics are consistent.
7639          *
7640          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7641          * race with what we are doing.
7642          */
7643         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7644         return 0;
7645 }
7646
7647 #ifdef CONFIG_NUMA
7648 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7649
7650 static int __init set_hashdist(char *str)
7651 {
7652         if (!str)
7653                 return 0;
7654         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7655         return 1;
7656 }
7657 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7658 #endif
7659
7660 void __init page_alloc_init(void)
7661 {
7662         int ret;
7663
7664 #ifdef CONFIG_NUMA
7665         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7666                 hashdist = 0;
7667 #endif
7668
7669         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7670                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7671                                         page_alloc_cpu_dead);
7672         WARN_ON(ret < 0);
7673 }
7674
7675 /*
7676  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7677  *      or min_free_kbytes changes.
7678  */
7679 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7680 {
7681         struct pglist_data *pgdat;
7682         unsigned long reserve_pages = 0;
7683         enum zone_type i, j;
7684
7685         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7686
7687                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7688
7689                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7690                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7691                         long max = 0;
7692                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7693
7694                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7695                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7696                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7697                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7698                         }
7699
7700                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7701                         max += high_wmark_pages(zone);
7702
7703                         if (max > managed_pages)
7704                                 max = managed_pages;
7705
7706                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7707
7708                         reserve_pages += max;
7709                 }
7710         }
7711         totalreserve_pages = reserve_pages;
7712 }
7713
7714 /*
7715  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7716  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7717  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7718  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7719  */
7720 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7721 {
7722         struct pglist_data *pgdat;
7723         enum zone_type j, idx;
7724
7725         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7726                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7727                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7728                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7729
7730                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7731
7732                         idx = j;
7733                         while (idx) {
7734                                 struct zone *lower_zone;
7735
7736                                 idx--;
7737                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7738
7739                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7740                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7741                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7742                                 } else {
7743                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7744                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7745                                 }
7746                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7747                         }
7748                 }
7749         }
7750
7751         /* update totalreserve_pages */
7752         calculate_totalreserve_pages();
7753 }
7754
7755 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7756 {
7757         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7758         unsigned long lowmem_pages = 0;
7759         struct zone *zone;
7760         unsigned long flags;
7761
7762         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7763         for_each_zone(zone) {
7764                 if (!is_highmem(zone))
7765                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7766         }
7767
7768         for_each_zone(zone) {
7769                 u64 tmp;
7770
7771                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7772                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7773                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7774                 if (is_highmem(zone)) {
7775                         /*
7776                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7777                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7778                          * value here.
7779                          *
7780                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7781                          * deltas control async page reclaim, and so should
7782                          * not be capped for highmem.
7783                          */
7784                         unsigned long min_pages;
7785
7786                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7787                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7788                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7789                 } else {
7790                         /*
7791                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7792                          * proportionate to the zone's size.
7793                          */
7794                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7795                 }
7796
7797                 /*
7798                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7799                  * scale factor in proportion to available memory, but
7800                  * ensure a minimum size on small systems.
7801                  */
7802                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7803                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7804                                       watermark_scale_factor, 10000));
7805
7806                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7807                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7808                 zone->watermark_boost = 0;
7809
7810                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7811         }
7812
7813         /* update totalreserve_pages */
7814         calculate_totalreserve_pages();
7815 }
7816
7817 /**
7818  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7819  * or when memory is hot-{added|removed}
7820  *
7821  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7822  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7823  */
7824 void setup_per_zone_wmarks(void)
7825 {
7826         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7827
7828         spin_lock(&lock);
7829         __setup_per_zone_wmarks();
7830         spin_unlock(&lock);
7831 }
7832
7833 /*
7834  * Initialise min_free_kbytes.
7835  *
7836  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7837  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7838  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7839  *
7840  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7841  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7842  *
7843  * which yields
7844  *
7845  * 16MB:        512k
7846  * 32MB:        724k
7847  * 64MB:        1024k
7848  * 128MB:       1448k
7849  * 256MB:       2048k
7850  * 512MB:       2896k
7851  * 1024MB:      4096k
7852  * 2048MB:      5792k
7853  * 4096MB:      8192k
7854  * 8192MB:      11584k
7855  * 16384MB:     16384k
7856  */
7857 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7858 {
7859         unsigned long lowmem_kbytes;
7860         int new_min_free_kbytes;
7861
7862         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7863         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7864
7865         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7866                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7867                 if (min_free_kbytes < 128)
7868                         min_free_kbytes = 128;
7869                 if (min_free_kbytes > 65536)
7870                         min_free_kbytes = 65536;
7871         } else {
7872                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7873                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7874         }
7875         setup_per_zone_wmarks();
7876         refresh_zone_stat_thresholds();
7877         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7878
7879 #ifdef CONFIG_NUMA
7880         setup_min_unmapped_ratio();
7881         setup_min_slab_ratio();
7882 #endif
7883
7884         return 0;
7885 }
7886 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7887
7888 /*
7889  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7890  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7891  *      changes.
7892  */
7893 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7894         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7895 {
7896         int rc;
7897
7898         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7899         if (rc)
7900                 return rc;
7901
7902         if (write) {
7903                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7904                 setup_per_zone_wmarks();
7905         }
7906         return 0;
7907 }
7908
7909 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7910         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7911 {
7912         int rc;
7913
7914         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7915         if (rc)
7916                 return rc;
7917
7918         return 0;
7919 }
7920
7921 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7922         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7923 {
7924         int rc;
7925
7926         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7927         if (rc)
7928                 return rc;
7929
7930         if (write)
7931                 setup_per_zone_wmarks();
7932
7933         return 0;
7934 }
7935
7936 #ifdef CONFIG_NUMA
7937 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7938 {
7939         pg_data_t *pgdat;
7940         struct zone *zone;
7941
7942         for_each_online_pgdat(pgdat)
7943                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7944
7945         for_each_zone(zone)
7946                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7947                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7948 }
7949
7950
7951 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7952         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7953 {
7954         int rc;
7955
7956         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7957         if (rc)
7958                 return rc;
7959
7960         setup_min_unmapped_ratio();
7961
7962         return 0;
7963 }
7964
7965 static void setup_min_slab_ratio(void)
7966 {
7967         pg_data_t *pgdat;
7968         struct zone *zone;
7969
7970         for_each_online_pgdat(pgdat)
7971                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7972
7973         for_each_zone(zone)
7974                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7975                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7976 }
7977
7978 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7979         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7980 {
7981         int rc;
7982
7983         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7984         if (rc)
7985                 return rc;
7986
7987         setup_min_slab_ratio();
7988
7989         return 0;
7990 }
7991 #endif
7992
7993 /*
7994  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7995  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7996  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7997  *
7998  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7999  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8000  * if in function of the boot time zone sizes.
8001  */
8002 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8003         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8004 {
8005         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8006         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8007         return 0;
8008 }
8009
8010 static void __zone_pcp_update(struct zone *zone)
8011 {
8012         unsigned int cpu;
8013
8014         for_each_possible_cpu(cpu)
8015                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8016                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8017 }
8018
8019 /*
8020  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8021  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8022  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8023  */
8024 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8025         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8026 {
8027         struct zone *zone;
8028         int old_percpu_pagelist_fraction;
8029         int ret;
8030
8031         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8032         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8033
8034         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8035         if (!write || ret < 0)
8036                 goto out;
8037
8038         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8039         if (percpu_pagelist_fraction &&
8040             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8041                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8042                 ret = -EINVAL;
8043                 goto out;
8044         }
8045
8046         /* No change? */
8047         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8048                 goto out;
8049
8050         for_each_populated_zone(zone)
8051                 __zone_pcp_update(zone);
8052 out:
8053         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8054         return ret;
8055 }
8056
8057 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8058 /*
8059  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8060  * is not known to alloc_large_system_hash().
8061  */
8062 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8063 {
8064         return 0;
8065 }
8066 #endif
8067
8068 /*
8069  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8070  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8071  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8072  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8073  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8074  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8075  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8076  */
8077 #if __BITS_PER_LONG > 32
8078 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8079 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8080 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8081 #endif
8082
8083 /*
8084  * allocate a large system hash table from bootmem
8085  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8086  *   quantity of entries
8087  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8088  */
8089 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8090                                      unsigned long bucketsize,
8091                                      unsigned long numentries,
8092                                      int scale,
8093                                      int flags,
8094                                      unsigned int *_hash_shift,
8095                                      unsigned int *_hash_mask,
8096                                      unsigned long low_limit,
8097                                      unsigned long high_limit)
8098 {
8099         unsigned long long max = high_limit;
8100         unsigned long log2qty, size;
8101         void *table = NULL;
8102         gfp_t gfp_flags;
8103         bool virt;
8104
8105         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8106         if (!numentries) {
8107                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8108                 numentries = nr_kernel_pages;
8109                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8110
8111                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8112                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8113                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8114
8115 #if __BITS_PER_LONG > 32
8116                 if (!high_limit) {
8117                         unsigned long adapt;
8118
8119                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8120                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8121                                 scale++;
8122                 }
8123 #endif
8124
8125                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8126                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8127                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8128                 else
8129                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8130
8131                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8132                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8133                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8134                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8135                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8136                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8137                                 BUG_ON(!numentries);
8138                         }
8139                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8140                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8141         }
8142         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8143
8144         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8145         if (max == 0) {
8146                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8147                 do_div(max, bucketsize);
8148         }
8149         max = min(max, 0x80000000ULL);
8150
8151         if (numentries < low_limit)
8152                 numentries = low_limit;
8153         if (numentries > max)
8154                 numentries = max;
8155
8156         log2qty = ilog2(numentries);
8157
8158         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8159         do {
8160                 virt = false;
8161                 size = bucketsize << log2qty;
8162                 if (flags & HASH_EARLY) {
8163                         if (flags & HASH_ZERO)
8164                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8165                         else
8166                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8167                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8168                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8169                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
8170                         virt = true;
8171                 } else {
8172                         /*
8173                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8174                          * some pages at the end of hash table which
8175                          * alloc_pages_exact() automatically does
8176                          */
8177                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8178                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8179                 }
8180         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8181
8182         if (!table)
8183                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8184
8185         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8186                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8187                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8188
8189         if (_hash_shift)
8190                 *_hash_shift = log2qty;
8191         if (_hash_mask)
8192                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8193
8194         return table;
8195 }
8196
8197 /*
8198  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8199  *
8200  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8201  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8202  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8203  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8204  *
8205  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8206  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that that it
8207  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8208  *
8209  */
8210 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8211                                  int migratetype, int flags)
8212 {
8213         unsigned long iter = 0;
8214         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8215
8216         /*
8217          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8218          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8219          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8220          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8221          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8222          */
8223
8224         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8225                 /*
8226                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8227                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8228                  * so consider them movable here.
8229                  */
8230                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8231                         return NULL;
8232
8233                 return page;
8234         }
8235
8236         for (; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8237                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8238                         continue;
8239
8240                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8241
8242                 if (PageReserved(page))
8243                         return page;
8244
8245                 /*
8246                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8247                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8248                  * is movable.
8249                  */
8250                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8251                         continue;
8252
8253                 /*
8254                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8255                  * We need not scan over tail pages because we don't
8256                  * handle each tail page individually in migration.
8257                  */
8258                 if (PageHuge(page)) {
8259                         struct page *head = compound_head(page);
8260                         unsigned int skip_pages;
8261
8262                         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8263                                 return page;
8264
8265                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8266                         iter += skip_pages - 1;
8267                         continue;
8268                 }
8269
8270                 /*
8271                  * We can't use page_count without pin a page
8272                  * because another CPU can free compound page.
8273                  * This check already skips compound tails of THP
8274                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8275                  */
8276                 if (!page_ref_count(page)) {
8277                         if (PageBuddy(page))
8278                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8279                         continue;
8280                 }
8281
8282                 /*
8283                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8284                  * page_count() is not 0.
8285                  */
8286                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8287                         continue;
8288
8289                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8290                         continue;
8291
8292                 /*
8293                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8294                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8295                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8296                  */
8297                 /*
8298                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8299                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8300                  *
8301                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8302                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8303                  * page at boot.
8304                  */
8305                 return page;
8306         }
8307         return NULL;
8308 }
8309
8310 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8311 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8312 {
8313         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8314                              pageblock_nr_pages) - 1);
8315 }
8316
8317 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8318 {
8319         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8320                                 pageblock_nr_pages));
8321 }
8322
8323 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8324 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8325                                         unsigned long start, unsigned long end)
8326 {
8327         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8328         unsigned long nr_reclaimed;
8329         unsigned long pfn = start;
8330         unsigned int tries = 0;
8331         int ret = 0;
8332
8333         migrate_prep();
8334
8335         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8336                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8337                         ret = -EINTR;
8338                         break;
8339                 }
8340
8341                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8342                         cc->nr_migratepages = 0;
8343                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8344                         if (!pfn) {
8345                                 ret = -EINTR;
8346                                 break;
8347                         }
8348                         tries = 0;
8349                 } else if (++tries == 5) {
8350                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8351                         break;
8352                 }
8353
8354                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8355                                                         &cc->migratepages);
8356                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8357
8358                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8359                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8360         }
8361         if (ret < 0) {
8362                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8363                 return ret;
8364         }
8365         return 0;
8366 }
8367
8368 /**
8369  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8370  * @start:      start PFN to allocate
8371  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8372  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8373  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8374  *                      in range must have the same migratetype and it must
8375  *                      be either of the two.
8376  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8377  *
8378  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8379  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8380  *
8381  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8382  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8383  * be modified by others.
8384  *
8385  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8386  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8387  * need to be freed with free_contig_range().
8388  */
8389 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8390                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8391 {
8392         unsigned long outer_start, outer_end;
8393         unsigned int order;
8394         int ret = 0;
8395
8396         struct compact_control cc = {
8397                 .nr_migratepages = 0,
8398                 .order = -1,
8399                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8400                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8401                 .ignore_skip_hint = true,
8402                 .no_set_skip_hint = true,
8403                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8404         };
8405         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8406
8407         /*
8408          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8409          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8410          * have different sizes, and due to the way page allocator
8411          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8412          * that page allocator won't try to merge buddies from
8413          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8414          * other migration type.
8415          *
8416          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8417          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8418          * we are interested in).  This will put all the pages in
8419          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8420          *
8421          * When this is done, we take the pages in range from page
8422          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8423          * page allocator will never consider using them.
8424          *
8425          * This lets us mark the pageblocks back as
8426          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8427          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8428          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8429          */
8430
8431         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8432                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8433         if (ret < 0)
8434                 return ret;
8435
8436         /*
8437          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8438          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8439          * which will report the busy page.
8440          *
8441          * It is possible that busy pages could become available before
8442          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8443          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8444          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8445          */
8446         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8447         if (ret && ret != -EBUSY)
8448                 goto done;
8449         ret =0;
8450
8451         /*
8452          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8453          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8454          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8455          * What we are going to do is to allocate all pages from
8456          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8457          *
8458          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8459          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8460          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8461          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8462          * once this is done free the pages we are not interested in.
8463          *
8464          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8465          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8466          */
8467
8468         lru_add_drain_all();
8469
8470         order = 0;
8471         outer_start = start;
8472         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8473                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8474                         outer_start = start;
8475                         break;
8476                 }
8477                 outer_start &= ~0UL << order;
8478         }
8479
8480         if (outer_start != start) {
8481                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8482
8483                 /*
8484                  * outer_start page could be small order buddy page and
8485                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8486                  * in this case to report failed page properly
8487                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8488                  */
8489                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8490                         outer_start = start;
8491         }
8492
8493         /* Make sure the range is really isolated. */
8494         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8495                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8496                         __func__, outer_start, end);
8497                 ret = -EBUSY;
8498                 goto done;
8499         }
8500
8501         /* Grab isolated pages from freelists. */
8502         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8503         if (!outer_end) {
8504                 ret = -EBUSY;
8505                 goto done;
8506         }
8507
8508         /* Free head and tail (if any) */
8509         if (start != outer_start)
8510                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8511         if (end != outer_end)
8512                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8513
8514 done:
8515         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8516                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8517         return ret;
8518 }
8519
8520 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8521                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8522 {
8523         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8524
8525         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8526                                   gfp_mask);
8527 }
8528
8529 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8530                                    unsigned long nr_pages)
8531 {
8532         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8533         struct page *page;
8534
8535         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8536                 page = pfn_to_online_page(i);
8537                 if (!page)
8538                         return false;
8539
8540                 if (page_zone(page) != z)
8541                         return false;
8542
8543                 if (PageReserved(page))
8544                         return false;
8545
8546                 if (page_count(page) > 0)
8547                         return false;
8548
8549                 if (PageHuge(page))
8550                         return false;
8551         }
8552         return true;
8553 }
8554
8555 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8556                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8557 {
8558         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8559
8560         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8561 }
8562
8563 /**
8564  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8565  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8566  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8567  * @nid:        Target node
8568  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8569  *
8570  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8571  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8572  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8573  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8574  *
8575  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8576  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8577  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8578  *
8579  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8580  * __free_page() on each allocated page.
8581  *
8582  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8583  */
8584 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8585                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8586 {
8587         unsigned long ret, pfn, flags;
8588         struct zonelist *zonelist;
8589         struct zone *zone;
8590         struct zoneref *z;
8591
8592         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
8593         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
8594                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
8595                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8596
8597                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
8598                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
8599                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
8600                                 /*
8601                                  * We release the zone lock here because
8602                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
8603                                  * at some point. If there's an allocation
8604                                  * spinning on this lock, it may win the race
8605                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
8606                                  */
8607                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8608                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
8609                                                         gfp_mask);
8610                                 if (!ret)
8611                                         return pfn_to_page(pfn);
8612                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8613                         }
8614                         pfn += nr_pages;
8615                 }
8616                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8617         }
8618         return NULL;
8619 }
8620 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8621
8622 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8623 {
8624         unsigned int count = 0;
8625
8626         for (; nr_pages--; pfn++) {
8627                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8628
8629                 count += page_count(page) != 1;
8630                 __free_page(page);
8631         }
8632         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8633 }
8634
8635 /*
8636  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8637  * page high values need to be recalulated.
8638  */
8639 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8640 {
8641         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8642         __zone_pcp_update(zone);
8643         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8644 }
8645
8646 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8647 {
8648         unsigned long flags;
8649         int cpu;
8650         struct per_cpu_pageset *pset;
8651
8652         /* avoid races with drain_pages()  */
8653         local_irq_save(flags);
8654         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8655                 for_each_online_cpu(cpu) {
8656                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8657                         drain_zonestat(zone, pset);
8658                 }
8659                 free_percpu(zone->pageset);
8660                 zone->pageset = &boot_pageset;
8661         }
8662         local_irq_restore(flags);
8663 }
8664
8665 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8666 /*
8667  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8668  * before calling this.
8669  */
8670 unsigned long
8671 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8672 {
8673         struct page *page;
8674         struct zone *zone;
8675         unsigned int order;
8676         unsigned long pfn;
8677         unsigned long flags;
8678         unsigned long offlined_pages = 0;
8679
8680         /* find the first valid pfn */
8681         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8682                 if (pfn_valid(pfn))
8683                         break;
8684         if (pfn == end_pfn)
8685                 return offlined_pages;
8686
8687         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8688         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8689         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8690         pfn = start_pfn;
8691         while (pfn < end_pfn) {
8692                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8693                         pfn++;
8694                         continue;
8695                 }
8696                 page = pfn_to_page(pfn);
8697                 /*
8698                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8699                  * page_count() is not 0.
8700                  */
8701                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8702                         pfn++;
8703                         offlined_pages++;
8704                         continue;
8705                 }
8706
8707                 BUG_ON(page_count(page));
8708                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8709                 order = page_order(page);
8710                 offlined_pages += 1 << order;
8711                 del_page_from_free_area(page, &zone->free_area[order]);
8712                 pfn += (1 << order);
8713         }
8714         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8715
8716         return offlined_pages;
8717 }
8718 #endif
8719
8720 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8721 {
8722         struct zone *zone = page_zone(page);
8723         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8724         unsigned long flags;
8725         unsigned int order;
8726
8727         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8728         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8729                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8730
8731                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8732                         break;
8733         }
8734         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8735
8736         return order < MAX_ORDER;
8737 }
8738
8739 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8740 /*
8741  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8742  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8743  * allocation.
8744  */
8745 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8746 {
8747         struct zone *zone = page_zone(page);
8748         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8749         unsigned long flags;
8750         unsigned int order;
8751         bool hwpoisoned = false;
8752
8753         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8754         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8755                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8756
8757                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8758                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8759                                 hwpoisoned = true;
8760                         break;
8761                 }
8762         }
8763         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8764
8765         return hwpoisoned;
8766 }
8767 #endif