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