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