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