mm: rename is_pinnable_page() to is_longterm_pinnable_page()
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/swapops.h>
23 #include <linux/interrupt.h>
24 #include <linux/pagemap.h>
25 #include <linux/jiffies.h>
26 #include <linux/memblock.h>
27 #include <linux/compiler.h>
28 #include <linux/kernel.h>
29 #include <linux/kasan.h>
30 #include <linux/module.h>
31 #include <linux/suspend.h>
32 #include <linux/pagevec.h>
33 #include <linux/blkdev.h>
34 #include <linux/slab.h>
35 #include <linux/ratelimit.h>
36 #include <linux/oom.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/random.h>
49 #include <linux/sort.h>
50 #include <linux/pfn.h>
51 #include <linux/backing-dev.h>
52 #include <linux/fault-inject.h>
53 #include <linux/page-isolation.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <trace/events/oom.h>
59 #include <linux/prefetch.h>
60 #include <linux/mm_inline.h>
61 #include <linux/mmu_notifier.h>
62 #include <linux/migrate.h>
63 #include <linux/hugetlb.h>
64 #include <linux/sched/rt.h>
65 #include <linux/sched/mm.h>
66 #include <linux/page_owner.h>
67 #include <linux/page_table_check.h>
68 #include <linux/kthread.h>
69 #include <linux/memcontrol.h>
70 #include <linux/ftrace.h>
71 #include <linux/lockdep.h>
72 #include <linux/nmi.h>
73 #include <linux/psi.h>
74 #include <linux/padata.h>
75 #include <linux/khugepaged.h>
76 #include <linux/buffer_head.h>
77 #include <linux/delayacct.h>
78 #include <asm/sections.h>
79 #include <asm/tlbflush.h>
80 #include <asm/div64.h>
81 #include "internal.h"
82 #include "shuffle.h"
83 #include "page_reporting.h"
84 #include "swap.h"
85
86 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
87 typedef int __bitwise fpi_t;
88
89 /* No special request */
90 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
91
92 /*
93  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
94  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
95  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
96  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
97  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
98  * putting it back unmodified.
99  */
100 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
101
102 /*
103  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
104  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
105  * shuffle the whole zone).
106  *
107  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
108  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
109  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
110  *       reporting).
111  */
112 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
113
114 /*
115  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
116  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
117  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
118  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
119  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
120  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
121  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
122  */
123 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
124
125 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
126 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
127 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
128
129 struct pagesets {
130         local_lock_t lock;
131 };
132 static DEFINE_PER_CPU(struct pagesets, pagesets) = {
133         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
134 };
135
136 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
137 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
138 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
139 #endif
140
141 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
142
143 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
144 /*
145  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
146  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
147  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
148  * defined in <linux/topology.h>.
149  */
150 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
151 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
152 #endif
153
154 /* work_structs for global per-cpu drains */
155 struct pcpu_drain {
156         struct zone *zone;
157         struct work_struct work;
158 };
159 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
160 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
161
162 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
163 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
164 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
165 #endif
166
167 /*
168  * Array of node states.
169  */
170 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
171         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
172         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
173 #ifndef CONFIG_NUMA
174         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
175 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
176         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
177 #endif
178         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
179         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
180 #endif  /* NUMA */
181 };
182 EXPORT_SYMBOL(node_states);
183
184 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
185 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
186 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
187 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
188
189 int percpu_pagelist_high_fraction;
190 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
191 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
192 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
193
194 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
195 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
196
197 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
198                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
199 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
200 {
201
202         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
203 }
204 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
205
206 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
207                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
208 static int __init early_init_on_free(char *buf)
209 {
210         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
211 }
212 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
213
214 /*
215  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
216  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
217  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
218  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
219  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
220  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
221  */
222 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
223 {
224         return page->index;
225 }
226
227 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
228 {
229         page->index = migratetype;
230 }
231
232 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
233 /*
234  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
235  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
236  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
237  * they should always be called with system_transition_mutex held
238  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
239  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
240  * with that modification).
241  */
242
243 static gfp_t saved_gfp_mask;
244
245 void pm_restore_gfp_mask(void)
246 {
247         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
248         if (saved_gfp_mask) {
249                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
250                 saved_gfp_mask = 0;
251         }
252 }
253
254 void pm_restrict_gfp_mask(void)
255 {
256         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
257         WARN_ON(saved_gfp_mask);
258         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
259         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
260 }
261
262 bool pm_suspended_storage(void)
263 {
264         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
265                 return false;
266         return true;
267 }
268 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
269
270 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
271 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
272 #endif
273
274 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
275                             fpi_t fpi_flags);
276
277 /*
278  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
279  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
280  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
281  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
282  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
283  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
284  *
285  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
286  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
287  */
288 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
289 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
290         [ZONE_DMA] = 256,
291 #endif
292 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
293         [ZONE_DMA32] = 256,
294 #endif
295         [ZONE_NORMAL] = 32,
296 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
297         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
298 #endif
299         [ZONE_MOVABLE] = 0,
300 };
301
302 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
303 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
304          "DMA",
305 #endif
306 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
307          "DMA32",
308 #endif
309          "Normal",
310 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
311          "HighMem",
312 #endif
313          "Movable",
314 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
315          "Device",
316 #endif
317 };
318
319 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
320         "Unmovable",
321         "Movable",
322         "Reclaimable",
323         "HighAtomic",
324 #ifdef CONFIG_CMA
325         "CMA",
326 #endif
327 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
328         "Isolate",
329 #endif
330 };
331
332 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
333         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
334         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
335 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
336         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
337 #endif
338 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
339         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
340 #endif
341 };
342
343 int min_free_kbytes = 1024;
344 int user_min_free_kbytes = -1;
345 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
346 int watermark_scale_factor = 10;
347
348 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
349 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
350 static unsigned long dma_reserve __initdata;
351
352 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
353 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
354 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
355 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
356 static unsigned long required_movablecore __initdata;
357 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
358 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
359 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
360
361 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
362 int movable_zone;
363 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
364
365 #if MAX_NUMNODES > 1
366 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
367 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
368 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
369 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
370 #endif
371
372 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
373
374 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
375 /*
376  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
377  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
378  * and we can permanently disable that path.
379  */
380 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
381
382 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
383 {
384         return static_branch_unlikely(&deferred_pages);
385 }
386
387 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
388 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
389 {
390         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
391
392         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
393                 return true;
394
395         return false;
396 }
397
398 /*
399  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
400  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
401  */
402 static bool __meminit
403 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
404 {
405         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
406
407         /*
408          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
409          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
410          */
411         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
412                 prev_end_pfn = end_pfn;
413                 nr_initialised = 0;
414         }
415
416         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
417         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
418                 return false;
419
420         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
421                 return true;
422         /*
423          * We start only with one section of pages, more pages are added as
424          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
425          */
426         nr_initialised++;
427         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
428             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
429                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
430                 return true;
431         }
432         return false;
433 }
434 #else
435 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
436 {
437         return false;
438 }
439
440 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
441 {
442         return false;
443 }
444
445 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
446 {
447         return false;
448 }
449 #endif
450
451 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
452 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
453                                                         unsigned long pfn)
454 {
455 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
456         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
457 #else
458         return page_zone(page)->pageblock_flags;
459 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
460 }
461
462 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
463 {
464 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
465         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
466 #else
467         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
468 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
469         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
470 }
471
472 static __always_inline
473 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
474                                         unsigned long pfn,
475                                         unsigned long mask)
476 {
477         unsigned long *bitmap;
478         unsigned long bitidx, word_bitidx;
479         unsigned long word;
480
481         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
482         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
483         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
484         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
485         /*
486          * This races, without locks, with set_pfnblock_flags_mask(). Ensure
487          * a consistent read of the memory array, so that results, even though
488          * racy, are not corrupted.
489          */
490         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
491         return (word >> bitidx) & mask;
492 }
493
494 /**
495  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
496  * @page: The page within the block of interest
497  * @pfn: The target page frame number
498  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
499  *
500  * Return: pageblock_bits flags
501  */
502 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
503                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
504 {
505         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
506 }
507
508 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
509                                         unsigned long pfn)
510 {
511         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
512 }
513
514 /**
515  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
516  * @page: The page within the block of interest
517  * @flags: The flags to set
518  * @pfn: The target page frame number
519  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
520  */
521 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
522                                         unsigned long pfn,
523                                         unsigned long mask)
524 {
525         unsigned long *bitmap;
526         unsigned long bitidx, word_bitidx;
527         unsigned long old_word, word;
528
529         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
530         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
531
532         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
533         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
534         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
535         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
536
537         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
538
539         mask <<= bitidx;
540         flags <<= bitidx;
541
542         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
543         for (;;) {
544                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
545                 if (word == old_word)
546                         break;
547                 word = old_word;
548         }
549 }
550
551 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
552 {
553         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
554                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
555                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
556
557         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
558                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
559 }
560
561 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
562 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
563 {
564         int ret = 0;
565         unsigned seq;
566         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
567         unsigned long sp, start_pfn;
568
569         do {
570                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
571                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
572                 sp = zone->spanned_pages;
573                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
574                         ret = 1;
575         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
576
577         if (ret)
578                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
579                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
580                         start_pfn, start_pfn + sp);
581
582         return ret;
583 }
584
585 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
586 {
587         if (zone != page_zone(page))
588                 return 0;
589
590         return 1;
591 }
592 /*
593  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
594  */
595 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
596 {
597         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
598                 return 1;
599         if (!page_is_consistent(zone, page))
600                 return 1;
601
602         return 0;
603 }
604 #else
605 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
606 {
607         return 0;
608 }
609 #endif
610
611 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
612 {
613         static unsigned long resume;
614         static unsigned long nr_shown;
615         static unsigned long nr_unshown;
616
617         /*
618          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
619          * or allow a steady drip of one report per second.
620          */
621         if (nr_shown == 60) {
622                 if (time_before(jiffies, resume)) {
623                         nr_unshown++;
624                         goto out;
625                 }
626                 if (nr_unshown) {
627                         pr_alert(
628                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
629                                 nr_unshown);
630                         nr_unshown = 0;
631                 }
632                 nr_shown = 0;
633         }
634         if (nr_shown++ == 0)
635                 resume = jiffies + 60 * HZ;
636
637         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
638                 current->comm, page_to_pfn(page));
639         dump_page(page, reason);
640
641         print_modules();
642         dump_stack();
643 out:
644         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
645         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
646         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
647 }
648
649 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
650 {
651         int base = order;
652
653 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
654         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
655                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
656                 base = PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER + 1;
657         }
658 #else
659         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
660 #endif
661
662         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
663 }
664
665 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
666 {
667         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
668
669 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
670         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
671                 order = pageblock_order;
672 #else
673         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
674 #endif
675
676         return order;
677 }
678
679 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
680 {
681         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
682                 return true;
683 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
684         if (order == pageblock_order)
685                 return true;
686 #endif
687         return false;
688 }
689
690 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
691 {
692         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
693                 free_unref_page(page, order);
694         else
695                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
696 }
697
698 /*
699  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
700  *
701  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
702  *
703  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
704  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
705  *
706  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
707  * page destructors. See compound_page_dtors.
708  *
709  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
710  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
711  */
712
713 void free_compound_page(struct page *page)
714 {
715         mem_cgroup_uncharge(page_folio(page));
716         free_the_page(page, compound_order(page));
717 }
718
719 static void prep_compound_head(struct page *page, unsigned int order)
720 {
721         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
722         set_compound_order(page, order);
723         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
724         atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
725 }
726
727 static void prep_compound_tail(struct page *head, int tail_idx)
728 {
729         struct page *p = head + tail_idx;
730
731         p->mapping = TAIL_MAPPING;
732         set_compound_head(p, head);
733 }
734
735 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
736 {
737         int i;
738         int nr_pages = 1 << order;
739
740         __SetPageHead(page);
741         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
742                 prep_compound_tail(page, i);
743
744         prep_compound_head(page, order);
745 }
746
747 void destroy_large_folio(struct folio *folio)
748 {
749         enum compound_dtor_id dtor = folio_page(folio, 1)->compound_dtor;
750
751         VM_BUG_ON_FOLIO(dtor >= NR_COMPOUND_DTORS, folio);
752         compound_page_dtors[dtor](&folio->page);
753 }
754
755 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
756 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
757
758 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
759                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
760 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
761 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
762 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
763
764 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
765
766 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
767 {
768         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
769 }
770 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
771
772 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
773 {
774         unsigned long res;
775
776         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
777                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
778                 return 0;
779         }
780         _debug_guardpage_minorder = res;
781         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
782         return 0;
783 }
784 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
785
786 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
787                                 unsigned int order, int migratetype)
788 {
789         if (!debug_guardpage_enabled())
790                 return false;
791
792         if (order >= debug_guardpage_minorder())
793                 return false;
794
795         __SetPageGuard(page);
796         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
797         set_page_private(page, order);
798         /* Guard pages are not available for any usage */
799         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
800
801         return true;
802 }
803
804 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
805                                 unsigned int order, int migratetype)
806 {
807         if (!debug_guardpage_enabled())
808                 return;
809
810         __ClearPageGuard(page);
811
812         set_page_private(page, 0);
813         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
814                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
815 }
816 #else
817 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
818                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
819 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
820                                 unsigned int order, int migratetype) {}
821 #endif
822
823 /*
824  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
825  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
826  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
827  * enabled, and then make decisions.
828  */
829 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
830 {
831         bool page_poisoning_requested = false;
832
833 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
834         /*
835          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
836          * either of those options are enabled, enable poisoning.
837          */
838         if (page_poisoning_enabled() ||
839              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
840               debug_pagealloc_enabled())) {
841                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
842                 page_poisoning_requested = true;
843         }
844 #endif
845
846         if ((_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early) &&
847             page_poisoning_requested) {
848                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
849                         "will take precedence over init_on_alloc and init_on_free\n");
850                 _init_on_alloc_enabled_early = false;
851                 _init_on_free_enabled_early = false;
852         }
853
854         if (_init_on_alloc_enabled_early)
855                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
856         else
857                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
858
859         if (_init_on_free_enabled_early)
860                 static_branch_enable(&init_on_free);
861         else
862                 static_branch_disable(&init_on_free);
863
864 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
865         if (!debug_pagealloc_enabled())
866                 return;
867
868         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
869
870         if (!debug_guardpage_minorder())
871                 return;
872
873         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
874 #endif
875 }
876
877 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
878 {
879         set_page_private(page, order);
880         __SetPageBuddy(page);
881 }
882
883 #ifdef CONFIG_COMPACTION
884 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
885 {
886         struct capture_control *capc = current->capture_control;
887
888         return unlikely(capc) &&
889                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
890                 !capc->page &&
891                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
892 }
893
894 static inline bool
895 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
896                    int order, int migratetype)
897 {
898         if (!capc || order != capc->cc->order)
899                 return false;
900
901         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
902         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
903             is_migrate_isolate(migratetype))
904                 return false;
905
906         /*
907          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
908          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
909          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
910          * have trouble finding a high-order free page.
911          */
912         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
913                 return false;
914
915         capc->page = page;
916         return true;
917 }
918
919 #else
920 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
921 {
922         return NULL;
923 }
924
925 static inline bool
926 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
927                    int order, int migratetype)
928 {
929         return false;
930 }
931 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
932
933 /* Used for pages not on another list */
934 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
935                                     unsigned int order, int migratetype)
936 {
937         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
938
939         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
940         area->nr_free++;
941 }
942
943 /* Used for pages not on another list */
944 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
945                                          unsigned int order, int migratetype)
946 {
947         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
948
949         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
950         area->nr_free++;
951 }
952
953 /*
954  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
955  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
956  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
957  */
958 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
959                                      unsigned int order, int migratetype)
960 {
961         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
962
963         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
964 }
965
966 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
967                                            unsigned int order)
968 {
969         /* clear reported state and update reported page count */
970         if (page_reported(page))
971                 __ClearPageReported(page);
972
973         list_del(&page->lru);
974         __ClearPageBuddy(page);
975         set_page_private(page, 0);
976         zone->free_area[order].nr_free--;
977 }
978
979 /*
980  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
981  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
982  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
983  * that is happening, add the free page to the tail of the list
984  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
985  * as a higher order page
986  */
987 static inline bool
988 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
989                    struct page *page, unsigned int order)
990 {
991         unsigned long higher_page_pfn;
992         struct page *higher_page;
993
994         if (order >= MAX_ORDER - 2)
995                 return false;
996
997         higher_page_pfn = buddy_pfn & pfn;
998         higher_page = page + (higher_page_pfn - pfn);
999
1000         return find_buddy_page_pfn(higher_page, higher_page_pfn, order + 1,
1001                         NULL) != NULL;
1002 }
1003
1004 /*
1005  * Freeing function for a buddy system allocator.
1006  *
1007  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1008  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1009  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1010  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1011  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1012  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1013  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1014  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1015  * parts of the VM system.
1016  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1017  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1018  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1019  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1020  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1021  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1022  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1023  * triggers coalescing into a block of larger size.
1024  *
1025  * -- nyc
1026  */
1027
1028 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1029                 unsigned long pfn,
1030                 struct zone *zone, unsigned int order,
1031                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1032 {
1033         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1034         unsigned long buddy_pfn;
1035         unsigned long combined_pfn;
1036         struct page *buddy;
1037         bool to_tail;
1038
1039         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1040         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1041
1042         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1043         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1044                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1045
1046         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1047         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1048
1049         while (order < MAX_ORDER - 1) {
1050                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1051                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1052                                                                 migratetype);
1053                         return;
1054                 }
1055
1056                 buddy = find_buddy_page_pfn(page, pfn, order, &buddy_pfn);
1057                 if (!buddy)
1058                         goto done_merging;
1059
1060                 if (unlikely(order >= pageblock_order)) {
1061                         /*
1062                          * We want to prevent merge between freepages on pageblock
1063                          * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
1064                          * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
1065                          * accounting or HIGHATOMIC accounting.
1066                          */
1067                         int buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1068
1069                         if (migratetype != buddy_mt
1070                                         && (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
1071                                                 !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
1072                                 goto done_merging;
1073                 }
1074
1075                 /*
1076                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1077                  * merge with it and move up one order.
1078                  */
1079                 if (page_is_guard(buddy))
1080                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1081                 else
1082                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1083                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1084                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1085                 pfn = combined_pfn;
1086                 order++;
1087         }
1088
1089 done_merging:
1090         set_buddy_order(page, order);
1091
1092         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1093                 to_tail = true;
1094         else if (is_shuffle_order(order))
1095                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1096         else
1097                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1098
1099         if (to_tail)
1100                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1101         else
1102                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1103
1104         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1105         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1106                 page_reporting_notify_free(order);
1107 }
1108
1109 /**
1110  * split_free_page() -- split a free page at split_pfn_offset
1111  * @free_page:          the original free page
1112  * @order:              the order of the page
1113  * @split_pfn_offset:   split offset within the page
1114  *
1115  * Return -ENOENT if the free page is changed, otherwise 0
1116  *
1117  * It is used when the free page crosses two pageblocks with different migratetypes
1118  * at split_pfn_offset within the page. The split free page will be put into
1119  * separate migratetype lists afterwards. Otherwise, the function achieves
1120  * nothing.
1121  */
1122 int split_free_page(struct page *free_page,
1123                         unsigned int order, unsigned long split_pfn_offset)
1124 {
1125         struct zone *zone = page_zone(free_page);
1126         unsigned long free_page_pfn = page_to_pfn(free_page);
1127         unsigned long pfn;
1128         unsigned long flags;
1129         int free_page_order;
1130         int mt;
1131         int ret = 0;
1132
1133         if (split_pfn_offset == 0)
1134                 return ret;
1135
1136         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1137
1138         if (!PageBuddy(free_page) || buddy_order(free_page) != order) {
1139                 ret = -ENOENT;
1140                 goto out;
1141         }
1142
1143         mt = get_pageblock_migratetype(free_page);
1144         if (likely(!is_migrate_isolate(mt)))
1145                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1146
1147         del_page_from_free_list(free_page, zone, order);
1148         for (pfn = free_page_pfn;
1149              pfn < free_page_pfn + (1UL << order);) {
1150                 int mt = get_pfnblock_migratetype(pfn_to_page(pfn), pfn);
1151
1152                 free_page_order = min_t(unsigned int,
1153                                         pfn ? __ffs(pfn) : order,
1154                                         __fls(split_pfn_offset));
1155                 __free_one_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, free_page_order,
1156                                 mt, FPI_NONE);
1157                 pfn += 1UL << free_page_order;
1158                 split_pfn_offset -= (1UL << free_page_order);
1159                 /* we have done the first part, now switch to second part */
1160                 if (split_pfn_offset == 0)
1161                         split_pfn_offset = (1UL << order) - (pfn - free_page_pfn);
1162         }
1163 out:
1164         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1165         return ret;
1166 }
1167 /*
1168  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1169  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1170  * check if necessary.
1171  */
1172 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1173                                         unsigned long check_flags)
1174 {
1175         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1176                 return false;
1177
1178         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1179                         page_ref_count(page) |
1180 #ifdef CONFIG_MEMCG
1181                         page->memcg_data |
1182 #endif
1183                         (page->flags & check_flags)))
1184                 return false;
1185
1186         return true;
1187 }
1188
1189 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1190 {
1191         const char *bad_reason = NULL;
1192
1193         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1194                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1195         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1196                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1197         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1198                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1199         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1200                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1201                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1202                 else
1203                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1204         }
1205 #ifdef CONFIG_MEMCG
1206         if (unlikely(page->memcg_data))
1207                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1208 #endif
1209         return bad_reason;
1210 }
1211
1212 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1213 {
1214         bad_page(page,
1215                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1216 }
1217
1218 static inline int check_free_page(struct page *page)
1219 {
1220         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1221                 return 0;
1222
1223         /* Something has gone sideways, find it */
1224         check_free_page_bad(page);
1225         return 1;
1226 }
1227
1228 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1229 {
1230         int ret = 1;
1231
1232         /*
1233          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1234          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1235          */
1236         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1237
1238         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1239                 ret = 0;
1240                 goto out;
1241         }
1242         switch (page - head_page) {
1243         case 1:
1244                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1245                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1246                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1247                         goto out;
1248                 }
1249                 break;
1250         case 2:
1251                 /*
1252                  * the second tail page: ->mapping is
1253                  * deferred_list.next -- ignore value.
1254                  */
1255                 break;
1256         default:
1257                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1258                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1259                         goto out;
1260                 }
1261                 break;
1262         }
1263         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1264                 bad_page(page, "PageTail not set");
1265                 goto out;
1266         }
1267         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1268                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1269                 goto out;
1270         }
1271         ret = 0;
1272 out:
1273         page->mapping = NULL;
1274         clear_compound_head(page);
1275         return ret;
1276 }
1277
1278 /*
1279  * Skip KASAN memory poisoning when either:
1280  *
1281  * 1. Deferred memory initialization has not yet completed,
1282  *    see the explanation below.
1283  * 2. Skipping poisoning is requested via FPI_SKIP_KASAN_POISON,
1284  *    see the comment next to it.
1285  * 3. Skipping poisoning is requested via __GFP_SKIP_KASAN_POISON,
1286  *    see the comment next to it.
1287  *
1288  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1289  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1290  * initialization is done with interrupt disabled.
1291  *
1292  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1293  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1294  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1295  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1296  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1297  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1298  */
1299 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
1300 {
1301         return deferred_pages_enabled() ||
1302                (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
1303                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
1304                PageSkipKASanPoison(page);
1305 }
1306
1307 static void kernel_init_pages(struct page *page, int numpages)
1308 {
1309         int i;
1310
1311         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1312         kasan_disable_current();
1313         for (i = 0; i < numpages; i++)
1314                 clear_highpage_kasan_tagged(page + i);
1315         kasan_enable_current();
1316 }
1317
1318 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1319                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1320 {
1321         int bad = 0;
1322         bool init = want_init_on_free();
1323
1324         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1325
1326         trace_mm_page_free(page, order);
1327
1328         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1329                 /*
1330                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1331                  * Untie memcg state and reset page's owner
1332                  */
1333                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1334                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1335                 reset_page_owner(page, order);
1336                 page_table_check_free(page, order);
1337                 return false;
1338         }
1339
1340         /*
1341          * Check tail pages before head page information is cleared to
1342          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1343          */
1344         if (unlikely(order)) {
1345                 bool compound = PageCompound(page);
1346                 int i;
1347
1348                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1349
1350                 if (compound) {
1351                         ClearPageDoubleMap(page);
1352                         ClearPageHasHWPoisoned(page);
1353                 }
1354                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1355                         if (compound)
1356                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1357                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1358                                 bad++;
1359                                 continue;
1360                         }
1361                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1362                 }
1363         }
1364         if (PageMappingFlags(page))
1365                 page->mapping = NULL;
1366         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1367                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1368         if (check_free)
1369                 bad += check_free_page(page);
1370         if (bad)
1371                 return false;
1372
1373         page_cpupid_reset_last(page);
1374         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1375         reset_page_owner(page, order);
1376         page_table_check_free(page, order);
1377
1378         if (!PageHighMem(page)) {
1379                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1380                                            PAGE_SIZE << order);
1381                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1382                                            PAGE_SIZE << order);
1383         }
1384
1385         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1386
1387         /*
1388          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1389          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1390          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1391          *
1392          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1393          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1394          */
1395         if (!should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags)) {
1396                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1397
1398                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1399                 if (kasan_has_integrated_init())
1400                         init = false;
1401         }
1402         if (init)
1403                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1404
1405         /*
1406          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1407          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1408          * happen after this.
1409          */
1410         arch_free_page(page, order);
1411
1412         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1413
1414         return true;
1415 }
1416
1417 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1418 /*
1419  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1420  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1421  * moved from pcp lists to free lists.
1422  */
1423 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1424 {
1425         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1426 }
1427
1428 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1429 {
1430         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1431                 return check_free_page(page);
1432         else
1433                 return false;
1434 }
1435 #else
1436 /*
1437  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1438  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1439  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1440  * to the pcp lists.
1441  */
1442 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1443 {
1444         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1445                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1446         else
1447                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1448 }
1449
1450 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1451 {
1452         return check_free_page(page);
1453 }
1454 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1455
1456 /*
1457  * Frees a number of pages from the PCP lists
1458  * Assumes all pages on list are in same zone.
1459  * count is the number of pages to free.
1460  */
1461 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1462                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1463                                         int pindex)
1464 {
1465         int min_pindex = 0;
1466         int max_pindex = NR_PCP_LISTS - 1;
1467         unsigned int order;
1468         bool isolated_pageblocks;
1469         struct page *page;
1470
1471         /*
1472          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1473          * below while (list_empty(list)) loop.
1474          */
1475         count = min(pcp->count, count);
1476
1477         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1478         pindex = pindex - 1;
1479
1480         /*
1481          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
1482          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
1483          */
1484         spin_lock(&zone->lock);
1485         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1486
1487         while (count > 0) {
1488                 struct list_head *list;
1489                 int nr_pages;
1490
1491                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1492                 do {
1493                         if (++pindex > max_pindex)
1494                                 pindex = min_pindex;
1495                         list = &pcp->lists[pindex];
1496                         if (!list_empty(list))
1497                                 break;
1498
1499                         if (pindex == max_pindex)
1500                                 max_pindex--;
1501                         if (pindex == min_pindex)
1502                                 min_pindex++;
1503                 } while (1);
1504
1505                 order = pindex_to_order(pindex);
1506                 nr_pages = 1 << order;
1507                 BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER >= (1<<NR_PCP_ORDER_WIDTH));
1508                 do {
1509                         int mt;
1510
1511                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1512                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1513
1514                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1515                         list_del(&page->lru);
1516                         count -= nr_pages;
1517                         pcp->count -= nr_pages;
1518
1519                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1520                                 continue;
1521
1522                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1523                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1524                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1525                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1526                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1527
1528                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1529                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1530                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1531         }
1532
1533         spin_unlock(&zone->lock);
1534 }
1535
1536 static void free_one_page(struct zone *zone,
1537                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1538                                 unsigned int order,
1539                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1540 {
1541         unsigned long flags;
1542
1543         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1544         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1545                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1546                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1547         }
1548         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1549         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1550 }
1551
1552 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1553                                 unsigned long zone, int nid)
1554 {
1555         mm_zero_struct_page(page);
1556         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1557         init_page_count(page);
1558         page_mapcount_reset(page);
1559         page_cpupid_reset_last(page);
1560         page_kasan_tag_reset(page);
1561
1562         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1563 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1564         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1565         if (!is_highmem_idx(zone))
1566                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1567 #endif
1568 }
1569
1570 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1571 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1572 {
1573         pg_data_t *pgdat;
1574         int nid, zid;
1575
1576         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1577                 return;
1578
1579         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1580         pgdat = NODE_DATA(nid);
1581
1582         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1583                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1584
1585                 if (zone_spans_pfn(zone, pfn))
1586                         break;
1587         }
1588         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1589 }
1590 #else
1591 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1592 {
1593 }
1594 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1595
1596 /*
1597  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1598  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1599  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1600  * sent to the buddy page allocator.
1601  */
1602 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1603 {
1604         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1605         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1606
1607         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1608                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1609                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1610
1611                         init_reserved_page(start_pfn);
1612
1613                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1614                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1615
1616                         /*
1617                          * no need for atomic set_bit because the struct
1618                          * page is not visible yet so nobody should
1619                          * access it yet.
1620                          */
1621                         __SetPageReserved(page);
1622                 }
1623         }
1624 }
1625
1626 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1627                             fpi_t fpi_flags)
1628 {
1629         unsigned long flags;
1630         int migratetype;
1631         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1632         struct zone *zone = page_zone(page);
1633
1634         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1635                 return;
1636
1637         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1638
1639         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1640         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1641                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1642                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1643         }
1644         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1645         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1646
1647         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1648 }
1649
1650 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1651 {
1652         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1653         struct page *p = page;
1654         unsigned int loop;
1655
1656         /*
1657          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1658          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1659          * refcount of all involved pages to 0.
1660          */
1661         prefetchw(p);
1662         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1663                 prefetchw(p + 1);
1664                 __ClearPageReserved(p);
1665                 set_page_count(p, 0);
1666         }
1667         __ClearPageReserved(p);
1668         set_page_count(p, 0);
1669
1670         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1671
1672         /*
1673          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1674          * relevant for memory onlining.
1675          */
1676         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1677 }
1678
1679 #ifdef CONFIG_NUMA
1680
1681 /*
1682  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1683  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1684  * treats start/end as pfns.
1685  */
1686 struct mminit_pfnnid_cache {
1687         unsigned long last_start;
1688         unsigned long last_end;
1689         int last_nid;
1690 };
1691
1692 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1693
1694 /*
1695  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1696  */
1697 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1698                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1699 {
1700         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1701         int nid;
1702
1703         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1704                 return state->last_nid;
1705
1706         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1707         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1708                 state->last_start = start_pfn;
1709                 state->last_end = end_pfn;
1710                 state->last_nid = nid;
1711         }
1712
1713         return nid;
1714 }
1715
1716 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1717 {
1718         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1719         int nid;
1720
1721         spin_lock(&early_pfn_lock);
1722         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1723         if (nid < 0)
1724                 nid = first_online_node;
1725         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1726
1727         return nid;
1728 }
1729 #endif /* CONFIG_NUMA */
1730
1731 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1732                                                         unsigned int order)
1733 {
1734         if (early_page_uninitialised(pfn))
1735                 return;
1736         __free_pages_core(page, order);
1737 }
1738
1739 /*
1740  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1741  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1742  * with the migration of free compaction scanner.
1743  *
1744  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1745  *
1746  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1747  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1748  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1749  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1750  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1751  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1752  * page in a pageblock.
1753  */
1754 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1755                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1756 {
1757         struct page *start_page;
1758         struct page *end_page;
1759
1760         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1761         end_pfn--;
1762
1763         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1764                 return NULL;
1765
1766         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1767         if (!start_page)
1768                 return NULL;
1769
1770         if (page_zone(start_page) != zone)
1771                 return NULL;
1772
1773         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1774
1775         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1776         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1777                 return NULL;
1778
1779         return start_page;
1780 }
1781
1782 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1783 {
1784         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1785         unsigned long block_end_pfn;
1786
1787         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1788         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1789                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1790                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1791
1792                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1793
1794                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1795                                              block_end_pfn, zone))
1796                         return;
1797                 cond_resched();
1798         }
1799
1800         /* We confirm that there is no hole */
1801         zone->contiguous = true;
1802 }
1803
1804 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1805 {
1806         zone->contiguous = false;
1807 }
1808
1809 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1810 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1811                                        unsigned long nr_pages)
1812 {
1813         struct page *page;
1814         unsigned long i;
1815
1816         if (!nr_pages)
1817                 return;
1818
1819         page = pfn_to_page(pfn);
1820
1821         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1822         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1823             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1824                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1825                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1826                 return;
1827         }
1828
1829         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1830                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1831                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1832                 __free_pages_core(page, 0);
1833         }
1834 }
1835
1836 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1837 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1838 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1839
1840 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1841 {
1842         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1843                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1844 }
1845
1846 /*
1847  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1848  *
1849  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1850  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1851  * function is optimized out.
1852  *
1853  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1854  * of the head pfn.
1855  */
1856 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1857 {
1858         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1859                 return false;
1860         return true;
1861 }
1862
1863 /*
1864  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1865  * pageblock_nr_pages sizes.
1866  */
1867 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1868                                        unsigned long end_pfn)
1869 {
1870         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1871         unsigned long nr_free = 0;
1872
1873         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1874                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1875                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1876                         nr_free = 0;
1877                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1878                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1879                         nr_free = 1;
1880                 } else {
1881                         nr_free++;
1882                 }
1883         }
1884         /* Free the last block of pages to allocator */
1885         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1886 }
1887
1888 /*
1889  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1890  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1891  * Return number of pages initialized.
1892  */
1893 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1894                                                  unsigned long pfn,
1895                                                  unsigned long end_pfn)
1896 {
1897         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1898         int nid = zone_to_nid(zone);
1899         unsigned long nr_pages = 0;
1900         int zid = zone_idx(zone);
1901         struct page *page = NULL;
1902
1903         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1904                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1905                         page = NULL;
1906                         continue;
1907                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1908                         page = pfn_to_page(pfn);
1909                 } else {
1910                         page++;
1911                 }
1912                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1913                 nr_pages++;
1914         }
1915         return (nr_pages);
1916 }
1917
1918 /*
1919  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1920  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1921  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1922  * return false indicating there are no valid ranges left.
1923  */
1924 static bool __init
1925 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1926                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1927                                     unsigned long first_init_pfn)
1928 {
1929         u64 j;
1930
1931         /*
1932          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1933          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1934          * so we just need to flush them out of the system.
1935          */
1936         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1937                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1938                         continue;
1939                 if (*spfn < first_init_pfn)
1940                         *spfn = first_init_pfn;
1941                 *i = j;
1942                 return true;
1943         }
1944
1945         return false;
1946 }
1947
1948 /*
1949  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1950  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1951  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1952  * page in __free_one_page()).
1953  *
1954  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1955  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1956  * any issues with the buddy page computation.
1957  */
1958 static unsigned long __init
1959 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1960                        unsigned long *end_pfn)
1961 {
1962         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1963         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1964         unsigned long nr_pages = 0;
1965         u64 j = *i;
1966
1967         /* First we loop through and initialize the page values */
1968         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1969                 unsigned long t;
1970
1971                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1972                         break;
1973
1974                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1975                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1976
1977                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1978                         *start_pfn = mo_pfn;
1979                         break;
1980                 }
1981         }
1982
1983         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1984         swap(j, *i);
1985
1986         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1987                 unsigned long t;
1988
1989                 if (mo_pfn <= spfn)
1990                         break;
1991
1992                 t = min(mo_pfn, epfn);
1993                 deferred_free_pages(spfn, t);
1994
1995                 if (mo_pfn <= epfn)
1996                         break;
1997         }
1998
1999         return nr_pages;
2000 }
2001
2002 static void __init
2003 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2004                            void *arg)
2005 {
2006         unsigned long spfn, epfn;
2007         struct zone *zone = arg;
2008         u64 i;
2009
2010         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
2011
2012         /*
2013          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
2014          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
2015          */
2016         while (spfn < end_pfn) {
2017                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2018                 cond_resched();
2019         }
2020 }
2021
2022 /* An arch may override for more concurrency. */
2023 __weak int __init
2024 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2025 {
2026         return 1;
2027 }
2028
2029 /* Initialise remaining memory on a node */
2030 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2031 {
2032         pg_data_t *pgdat = data;
2033         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2034         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2035         unsigned long first_init_pfn, flags;
2036         unsigned long start = jiffies;
2037         struct zone *zone;
2038         int zid, max_threads;
2039         u64 i;
2040
2041         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2042         if (!cpumask_empty(cpumask))
2043                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2044
2045         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2046         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2047         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2048                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2049                 pgdat_init_report_one_done();
2050                 return 0;
2051         }
2052
2053         /* Sanity check boundaries */
2054         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2055         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2056         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2057
2058         /*
2059          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2060          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2061          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2062          */
2063         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2064
2065         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2066         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2067                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2068                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2069                         break;
2070         }
2071
2072         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2073         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2074                                                  first_init_pfn))
2075                 goto zone_empty;
2076
2077         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2078
2079         while (spfn < epfn) {
2080                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2081                 struct padata_mt_job job = {
2082                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2083                         .fn_arg      = zone,
2084                         .start       = spfn,
2085                         .size        = epfn_align - spfn,
2086                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2087                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2088                         .max_threads = max_threads,
2089                 };
2090
2091                 padata_do_multithreaded(&job);
2092                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2093                                                     epfn_align);
2094         }
2095 zone_empty:
2096         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2097         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2098
2099         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2100                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2101
2102         pgdat_init_report_one_done();
2103         return 0;
2104 }
2105
2106 /*
2107  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2108  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2109  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2110  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2111  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2112  *
2113  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2114  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2115  * enough pages to satisfy the allocation.
2116  *
2117  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2118  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2119  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2120  */
2121 static noinline bool __init
2122 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2123 {
2124         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2125         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2126         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2127         unsigned long spfn, epfn, flags;
2128         unsigned long nr_pages = 0;
2129         u64 i;
2130
2131         /* Only the last zone may have deferred pages */
2132         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2133                 return false;
2134
2135         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2136
2137         /*
2138          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2139          * true, as there might be enough pages already.
2140          */
2141         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2142                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2143                 return true;
2144         }
2145
2146         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2147         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2148                                                  first_deferred_pfn)) {
2149                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2150                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2151                 /* Retry only once. */
2152                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2153         }
2154
2155         /*
2156          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2157          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2158          * allocator.
2159          */
2160         while (spfn < epfn) {
2161                 /* update our first deferred PFN for this section */
2162                 first_deferred_pfn = spfn;
2163
2164                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2165                 touch_nmi_watchdog();
2166
2167                 /* We should only stop along section boundaries */
2168                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2169                         continue;
2170
2171                 /* If our quota has been met we can stop here */
2172                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2173                         break;
2174         }
2175
2176         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2177         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2178
2179         return nr_pages > 0;
2180 }
2181
2182 /*
2183  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2184  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2185  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2186  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2187  */
2188 static bool __ref
2189 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2190 {
2191         return deferred_grow_zone(zone, order);
2192 }
2193
2194 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2195
2196 void __init page_alloc_init_late(void)
2197 {
2198         struct zone *zone;
2199         int nid;
2200
2201 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2202
2203         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2204         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2205         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2206                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2207         }
2208
2209         /* Block until all are initialised */
2210         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2211
2212         /*
2213          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2214          * on-demand struct page initialization.
2215          */
2216         static_branch_disable(&deferred_pages);
2217
2218         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2219         files_maxfiles_init();
2220 #endif
2221
2222         buffer_init();
2223
2224         /* Discard memblock private memory */
2225         memblock_discard();
2226
2227         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2228                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2229
2230         for_each_populated_zone(zone)
2231                 set_zone_contiguous(zone);
2232 }
2233
2234 #ifdef CONFIG_CMA
2235 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2236 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2237 {
2238         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2239         struct page *p = page;
2240
2241         do {
2242                 __ClearPageReserved(p);
2243                 set_page_count(p, 0);
2244         } while (++p, --i);
2245
2246         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2247         set_page_refcounted(page);
2248         __free_pages(page, pageblock_order);
2249
2250         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2251         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2252 }
2253 #endif
2254
2255 /*
2256  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2257  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2258  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2259  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2260  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2261  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2262  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2263  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2264  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2265  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2266  *
2267  * -- nyc
2268  */
2269 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2270         int low, int high, int migratetype)
2271 {
2272         unsigned long size = 1 << high;
2273
2274         while (high > low) {
2275                 high--;
2276                 size >>= 1;
2277                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2278
2279                 /*
2280                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2281                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2282                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2283                  * pages will stay not present in virtual address space
2284                  */
2285                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2286                         continue;
2287
2288                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2289                 set_buddy_order(&page[size], high);
2290         }
2291 }
2292
2293 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2294 {
2295         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2296                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2297                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2298                 return;
2299         }
2300
2301         bad_page(page,
2302                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2303 }
2304
2305 /*
2306  * This page is about to be returned from the page allocator
2307  */
2308 static inline int check_new_page(struct page *page)
2309 {
2310         if (likely(page_expected_state(page,
2311                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2312                 return 0;
2313
2314         check_new_page_bad(page);
2315         return 1;
2316 }
2317
2318 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2319 {
2320         int i;
2321         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2322                 struct page *p = page + i;
2323
2324                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2325                         return true;
2326         }
2327
2328         return false;
2329 }
2330
2331 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2332 /*
2333  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2334  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2335  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2336  */
2337 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2338 {
2339         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2340                 return check_new_pages(page, order);
2341         else
2342                 return false;
2343 }
2344
2345 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2346 {
2347         return check_new_pages(page, order);
2348 }
2349 #else
2350 /*
2351  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2352  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2353  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2354  */
2355 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2356 {
2357         return check_new_pages(page, order);
2358 }
2359 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2360 {
2361         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2362                 return check_new_pages(page, order);
2363         else
2364                 return false;
2365 }
2366 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2367
2368 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags, bool init_tags)
2369 {
2370         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
2371         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
2372             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
2373                 return false;
2374
2375         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
2376         if (!kasan_hw_tags_enabled())
2377                 return true;
2378
2379         /*
2380          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if either:
2381          *
2382          * 1. Memory tags have already been cleared via tag_clear_highpage().
2383          * 2. Skipping has been requested via __GFP_SKIP_KASAN_UNPOISON.
2384          */
2385         return init_tags || (flags & __GFP_SKIP_KASAN_UNPOISON);
2386 }
2387
2388 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
2389 {
2390         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
2391         if (!kasan_hw_tags_enabled())
2392                 return false;
2393
2394         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
2395         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
2396 }
2397
2398 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2399                                 gfp_t gfp_flags)
2400 {
2401         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
2402                         !should_skip_init(gfp_flags);
2403         bool init_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
2404
2405         set_page_private(page, 0);
2406         set_page_refcounted(page);
2407
2408         arch_alloc_page(page, order);
2409         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2410
2411         /*
2412          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2413          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2414          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2415          */
2416         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2417
2418         /*
2419          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2420          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
2421          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2422          */
2423
2424         /*
2425          * If memory tags should be zeroed (which happens only when memory
2426          * should be initialized as well).
2427          */
2428         if (init_tags) {
2429                 int i;
2430
2431                 /* Initialize both memory and tags. */
2432                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
2433                         tag_clear_highpage(page + i);
2434
2435                 /* Note that memory is already initialized by the loop above. */
2436                 init = false;
2437         }
2438         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags, init_tags)) {
2439                 /* Unpoison shadow memory or set memory tags. */
2440                 kasan_unpoison_pages(page, order, init);
2441
2442                 /* Note that memory is already initialized by KASAN. */
2443                 if (kasan_has_integrated_init())
2444                         init = false;
2445         }
2446         /* If memory is still not initialized, do it now. */
2447         if (init)
2448                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
2449         /* Propagate __GFP_SKIP_KASAN_POISON to page flags. */
2450         if (kasan_hw_tags_enabled() && (gfp_flags & __GFP_SKIP_KASAN_POISON))
2451                 SetPageSkipKASanPoison(page);
2452
2453         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2454         page_table_check_alloc(page, order);
2455 }
2456
2457 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2458                                                         unsigned int alloc_flags)
2459 {
2460         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2461
2462         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2463                 prep_compound_page(page, order);
2464
2465         /*
2466          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2467          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2468          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2469          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2470          */
2471         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2472                 set_page_pfmemalloc(page);
2473         else
2474                 clear_page_pfmemalloc(page);
2475 }
2476
2477 /*
2478  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2479  * the smallest available page from the freelists
2480  */
2481 static __always_inline
2482 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2483                                                 int migratetype)
2484 {
2485         unsigned int current_order;
2486         struct free_area *area;
2487         struct page *page;
2488
2489         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2490         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2491                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2492                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2493                 if (!page)
2494                         continue;
2495                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2496                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2497                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2498                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
2499                                 pcp_allowed_order(order) &&
2500                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
2501                 return page;
2502         }
2503
2504         return NULL;
2505 }
2506
2507
2508 /*
2509  * This array describes the order lists are fallen back to when
2510  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2511  *
2512  * The other migratetypes do not have fallbacks.
2513  */
2514 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2515         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2516         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2517         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2518 };
2519
2520 #ifdef CONFIG_CMA
2521 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2522                                         unsigned int order)
2523 {
2524         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2525 }
2526 #else
2527 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2528                                         unsigned int order) { return NULL; }
2529 #endif
2530
2531 /*
2532  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2533  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2534  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2535  */
2536 static int move_freepages(struct zone *zone,
2537                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2538                           int migratetype, int *num_movable)
2539 {
2540         struct page *page;
2541         unsigned long pfn;
2542         unsigned int order;
2543         int pages_moved = 0;
2544
2545         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2546                 page = pfn_to_page(pfn);
2547                 if (!PageBuddy(page)) {
2548                         /*
2549                          * We assume that pages that could be isolated for
2550                          * migration are movable. But we don't actually try
2551                          * isolating, as that would be expensive.
2552                          */
2553                         if (num_movable &&
2554                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2555                                 (*num_movable)++;
2556                         pfn++;
2557                         continue;
2558                 }
2559
2560                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2561                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2562                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2563
2564                 order = buddy_order(page);
2565                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2566                 pfn += 1 << order;
2567                 pages_moved += 1 << order;
2568         }
2569
2570         return pages_moved;
2571 }
2572
2573 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2574                                 int migratetype, int *num_movable)
2575 {
2576         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2577
2578         if (num_movable)
2579                 *num_movable = 0;
2580
2581         pfn = page_to_pfn(page);
2582         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2583         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2584
2585         /* Do not cross zone boundaries */
2586         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2587                 start_pfn = pfn;
2588         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2589                 return 0;
2590
2591         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2592                                                                 num_movable);
2593 }
2594
2595 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2596                                         int start_order, int migratetype)
2597 {
2598         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2599
2600         while (nr_pageblocks--) {
2601                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2602                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2603         }
2604 }
2605
2606 /*
2607  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2608  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2609  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2610  *
2611  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2612  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2613  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2614  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2615  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2616  * pageblocks.
2617  */
2618 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2619 {
2620         /*
2621          * Leaving this order check is intended, although there is
2622          * relaxed order check in next check. The reason is that
2623          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2624          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2625          * so could be changed anytime.
2626          */
2627         if (order >= pageblock_order)
2628                 return true;
2629
2630         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2631                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2632                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2633                 page_group_by_mobility_disabled)
2634                 return true;
2635
2636         return false;
2637 }
2638
2639 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2640 {
2641         unsigned long max_boost;
2642
2643         if (!watermark_boost_factor)
2644                 return false;
2645         /*
2646          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2647          * On small machines, including kdump capture kernels running
2648          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2649          * memory situation immediately.
2650          */
2651         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2652                 return false;
2653
2654         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2655                         watermark_boost_factor, 10000);
2656
2657         /*
2658          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2659          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2660          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2661          * allocations that early means that reclaim is not going
2662          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2663          * boosted watermark resulting in a hang.
2664          */
2665         if (!max_boost)
2666                 return false;
2667
2668         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2669
2670         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2671                 max_boost);
2672
2673         return true;
2674 }
2675
2676 /*
2677  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2678  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2679  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2680  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2681  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2682  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2683  */
2684 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2685                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2686 {
2687         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2688         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2689         int old_block_type;
2690
2691         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2692
2693         /*
2694          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2695          * highatomic accounting.
2696          */
2697         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2698                 goto single_page;
2699
2700         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2701         if (current_order >= pageblock_order) {
2702                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2703                 goto single_page;
2704         }
2705
2706         /*
2707          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2708          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2709          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2710          */
2711         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2712                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2713
2714         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2715         if (!whole_block)
2716                 goto single_page;
2717
2718         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2719                                                 &movable_pages);
2720         /*
2721          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2722          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2723          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2724          */
2725         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2726                 alike_pages = movable_pages;
2727         } else {
2728                 /*
2729                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2730                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2731                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2732                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2733                  * exact migratetype of non-movable pages.
2734                  */
2735                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2736                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2737                                                 - (free_pages + movable_pages);
2738                 else
2739                         alike_pages = 0;
2740         }
2741
2742         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2743         if (!free_pages)
2744                 goto single_page;
2745
2746         /*
2747          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2748          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2749          */
2750         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2751                         page_group_by_mobility_disabled)
2752                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2753
2754         return;
2755
2756 single_page:
2757         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2758 }
2759
2760 /*
2761  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2762  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2763  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2764  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2765  */
2766 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2767                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2768 {
2769         int i;
2770         int fallback_mt;
2771
2772         if (area->nr_free == 0)
2773                 return -1;
2774
2775         *can_steal = false;
2776         for (i = 0;; i++) {
2777                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2778                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2779                         break;
2780
2781                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2782                         continue;
2783
2784                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2785                         *can_steal = true;
2786
2787                 if (!only_stealable)
2788                         return fallback_mt;
2789
2790                 if (*can_steal)
2791                         return fallback_mt;
2792         }
2793
2794         return -1;
2795 }
2796
2797 /*
2798  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2799  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2800  */
2801 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2802                                 unsigned int alloc_order)
2803 {
2804         int mt;
2805         unsigned long max_managed, flags;
2806
2807         /*
2808          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2809          * Check is race-prone but harmless.
2810          */
2811         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2812         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2813                 return;
2814
2815         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2816
2817         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2818         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2819                 goto out_unlock;
2820
2821         /* Yoink! */
2822         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2823         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
2824         if (migratetype_is_mergeable(mt)) {
2825                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2826                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2827                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2828         }
2829
2830 out_unlock:
2831         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2832 }
2833
2834 /*
2835  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2836  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2837  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2838  * to recover from than an OOM.
2839  *
2840  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2841  * pageblock is exhausted.
2842  */
2843 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2844                                                 bool force)
2845 {
2846         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2847         unsigned long flags;
2848         struct zoneref *z;
2849         struct zone *zone;
2850         struct page *page;
2851         int order;
2852         bool ret;
2853
2854         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2855                                                                 ac->nodemask) {
2856                 /*
2857                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2858                  * is really high.
2859                  */
2860                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2861                                         pageblock_nr_pages)
2862                         continue;
2863
2864                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2865                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2866                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2867
2868                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2869                         if (!page)
2870                                 continue;
2871
2872                         /*
2873                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2874                          * we can counter several free pages in a pageblock
2875                          * in this loop although we changed the pageblock type
2876                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2877                          * adjust the count once.
2878                          */
2879                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2880                                 /*
2881                                  * It should never happen but changes to
2882                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2883                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2884                                  * while unreserving so be safe and watch for
2885                                  * underflows.
2886                                  */
2887                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2888                                                 pageblock_nr_pages,
2889                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2890                         }
2891
2892                         /*
2893                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2894                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2895                          * is doing the work and needs the pages. More
2896                          * importantly, if the block was always converted to
2897                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2898                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2899                          * may increase.
2900                          */
2901                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2902                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2903                                                                         NULL);
2904                         if (ret) {
2905                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2906                                 return ret;
2907                         }
2908                 }
2909                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2910         }
2911
2912         return false;
2913 }
2914
2915 /*
2916  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2917  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2918  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2919  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2920  *
2921  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2922  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2923  * condition simpler.
2924  */
2925 static __always_inline bool
2926 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2927                                                 unsigned int alloc_flags)
2928 {
2929         struct free_area *area;
2930         int current_order;
2931         int min_order = order;
2932         struct page *page;
2933         int fallback_mt;
2934         bool can_steal;
2935
2936         /*
2937          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2938          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2939          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2940          */
2941         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2942                 min_order = pageblock_order;
2943
2944         /*
2945          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2946          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2947          * would be too costly to do exactly.
2948          */
2949         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2950                                 --current_order) {
2951                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2952                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2953                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2954                 if (fallback_mt == -1)
2955                         continue;
2956
2957                 /*
2958                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2959                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2960                  * steal and split the smallest available page instead of the
2961                  * largest available page, because even if the next movable
2962                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2963                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2964                  */
2965                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2966                                         && current_order > order)
2967                         goto find_smallest;
2968
2969                 goto do_steal;
2970         }
2971
2972         return false;
2973
2974 find_smallest:
2975         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2976                                                         current_order++) {
2977                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2978                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2979                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2980                 if (fallback_mt != -1)
2981                         break;
2982         }
2983
2984         /*
2985          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2986          * when looking for the largest page.
2987          */
2988         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2989
2990 do_steal:
2991         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2992
2993         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2994                                                                 can_steal);
2995
2996         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2997                 start_migratetype, fallback_mt);
2998
2999         return true;
3000
3001 }
3002
3003 /*
3004  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
3005  * Call me with the zone->lock already held.
3006  */
3007 static __always_inline struct page *
3008 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
3009                                                 unsigned int alloc_flags)
3010 {
3011         struct page *page;
3012
3013         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
3014                 /*
3015                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
3016                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
3017                  * is in the CMA area.
3018                  */
3019                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
3020                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
3021                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
3022                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3023                         if (page)
3024                                 return page;
3025                 }
3026         }
3027 retry:
3028         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
3029         if (unlikely(!page)) {
3030                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
3031                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3032
3033                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
3034                                                                 alloc_flags))
3035                         goto retry;
3036         }
3037         return page;
3038 }
3039
3040 /*
3041  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
3042  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
3043  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
3044  */
3045 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
3046                         unsigned long count, struct list_head *list,
3047                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3048 {
3049         int i, allocated = 0;
3050
3051         /*
3052          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
3053          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
3054          */
3055         spin_lock(&zone->lock);
3056         for (i = 0; i < count; ++i) {
3057                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
3058                                                                 alloc_flags);
3059                 if (unlikely(page == NULL))
3060                         break;
3061
3062                 if (unlikely(check_pcp_refill(page, order)))
3063                         continue;
3064
3065                 /*
3066                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
3067                  * physical page order. The page is added to the tail of
3068                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
3069                  * is ordered by page number under some conditions. This is
3070                  * useful for IO devices that can forward direction from the
3071                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
3072                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
3073                  * pages are ordered properly.
3074                  */
3075                 list_add_tail(&page->lru, list);
3076                 allocated++;
3077                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3078                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3079                                               -(1 << order));
3080         }
3081
3082         /*
3083          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3084          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3085          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3086          * pages added to the pcp list.
3087          */
3088         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3089         spin_unlock(&zone->lock);
3090         return allocated;
3091 }
3092
3093 #ifdef CONFIG_NUMA
3094 /*
3095  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3096  * currently executing processor on remote nodes after they have
3097  * expired.
3098  *
3099  * Note that this function must be called with the thread pinned to
3100  * a single processor.
3101  */
3102 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3103 {
3104         unsigned long flags;
3105         int to_drain, batch;
3106
3107         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3108         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3109         to_drain = min(pcp->count, batch);
3110         if (to_drain > 0)
3111                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
3112         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3113 }
3114 #endif
3115
3116 /*
3117  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3118  *
3119  * The processor must either be the current processor and the
3120  * thread pinned to the current processor or a processor that
3121  * is not online.
3122  */
3123 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3124 {
3125         unsigned long flags;
3126         struct per_cpu_pages *pcp;
3127
3128         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3129
3130         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3131         if (pcp->count)
3132                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp, 0);
3133
3134         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3135 }
3136
3137 /*
3138  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3139  *
3140  * The processor must either be the current processor and the
3141  * thread pinned to the current processor or a processor that
3142  * is not online.
3143  */
3144 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3145 {
3146         struct zone *zone;
3147
3148         for_each_populated_zone(zone) {
3149                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3150         }
3151 }
3152
3153 /*
3154  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3155  *
3156  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3157  * the single zone's pages.
3158  */
3159 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3160 {
3161         int cpu = smp_processor_id();
3162
3163         if (zone)
3164                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3165         else
3166                 drain_pages(cpu);
3167 }
3168
3169 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3170 {
3171         struct pcpu_drain *drain;
3172
3173         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3174
3175         /*
3176          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3177          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3178          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3179          * cpu which is alright but we also have to make sure to not move to
3180          * a different one.
3181          */
3182         migrate_disable();
3183         drain_local_pages(drain->zone);
3184         migrate_enable();
3185 }
3186
3187 /*
3188  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3189  * drain on all cpus.
3190  *
3191  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3192  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3193  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3194  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3195  * optimizing racy check.
3196  */
3197 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3198 {
3199         int cpu;
3200
3201         /*
3202          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
3203          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3204          */
3205         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3206
3207         /*
3208          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3209          * initialized.
3210          */
3211         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3212                 return;
3213
3214         /*
3215          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3216          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3217          * the drain to be complete when the call returns.
3218          */
3219         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3220                 if (!zone)
3221                         return;
3222                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3223         }
3224
3225         /*
3226          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3227          * as offline notification will cause the notified
3228          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3229          * disables preemption as part of its processing
3230          */
3231         for_each_online_cpu(cpu) {
3232                 struct per_cpu_pages *pcp;
3233                 struct zone *z;
3234                 bool has_pcps = false;
3235
3236                 if (force_all_cpus) {
3237                         /*
3238                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3239                          * guarantee that no cpu is missed.
3240                          */
3241                         has_pcps = true;
3242                 } else if (zone) {
3243                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3244                         if (pcp->count)
3245                                 has_pcps = true;
3246                 } else {
3247                         for_each_populated_zone(z) {
3248                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3249                                 if (pcp->count) {
3250                                         has_pcps = true;
3251                                         break;
3252                                 }
3253                         }
3254                 }
3255
3256                 if (has_pcps)
3257                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3258                 else
3259                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3260         }
3261
3262         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3263                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3264
3265                 drain->zone = zone;
3266                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3267                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3268         }
3269         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3270                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3271
3272         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3273 }
3274
3275 /*
3276  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3277  *
3278  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3279  *
3280  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3281  */
3282 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3283 {
3284         __drain_all_pages(zone, false);
3285 }
3286
3287 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3288
3289 /*
3290  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3291  */
3292 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3293
3294 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3295 {
3296         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3297         unsigned long flags;
3298         unsigned int order, t;
3299         struct page *page;
3300
3301         if (zone_is_empty(zone))
3302                 return;
3303
3304         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3305
3306         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3307         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3308                 if (pfn_valid(pfn)) {
3309                         page = pfn_to_page(pfn);
3310
3311                         if (!--page_count) {
3312                                 touch_nmi_watchdog();
3313                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3314                         }
3315
3316                         if (page_zone(page) != zone)
3317                                 continue;
3318
3319                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3320                                 swsusp_unset_page_free(page);
3321                 }
3322
3323         for_each_migratetype_order(order, t) {
3324                 list_for_each_entry(page,
3325                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3326                         unsigned long i;
3327
3328                         pfn = page_to_pfn(page);
3329                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3330                                 if (!--page_count) {
3331                                         touch_nmi_watchdog();
3332                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3333                                 }
3334                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3335                         }
3336                 }
3337         }
3338         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3339 }
3340 #endif /* CONFIG_PM */
3341
3342 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3343                                                         unsigned int order)
3344 {
3345         int migratetype;
3346
3347         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3348                 return false;
3349
3350         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3351         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3352         return true;
3353 }
3354
3355 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch,
3356                        bool free_high)
3357 {
3358         int min_nr_free, max_nr_free;
3359
3360         /* Free everything if batch freeing high-order pages. */
3361         if (unlikely(free_high))
3362                 return pcp->count;
3363
3364         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3365         if (unlikely(high < batch))
3366                 return 1;
3367
3368         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3369         min_nr_free = batch;
3370         max_nr_free = high - batch;
3371
3372         /*
3373          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3374          * freeing of pages without any allocation.
3375          */
3376         batch <<= pcp->free_factor;
3377         if (batch < max_nr_free)
3378                 pcp->free_factor++;
3379         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3380
3381         return batch;
3382 }
3383
3384 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
3385                        bool free_high)
3386 {
3387         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3388
3389         if (unlikely(!high || free_high))
3390                 return 0;
3391
3392         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3393                 return high;
3394
3395         /*
3396          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3397          * stored on pcp lists
3398          */
3399         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3400 }
3401
3402 static void free_unref_page_commit(struct page *page, int migratetype,
3403                                    unsigned int order)
3404 {
3405         struct zone *zone = page_zone(page);
3406         struct per_cpu_pages *pcp;
3407         int high;
3408         int pindex;
3409         bool free_high;
3410
3411         __count_vm_event(PGFREE);
3412         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3413         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3414         list_add(&page->lru, &pcp->lists[pindex]);
3415         pcp->count += 1 << order;
3416
3417         /*
3418          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
3419          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
3420          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
3421          * stops will be drained from vmstat refresh context.
3422          */
3423         free_high = (pcp->free_factor && order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
3424
3425         high = nr_pcp_high(pcp, zone, free_high);
3426         if (pcp->count >= high) {
3427                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3428
3429                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch, free_high), pcp, pindex);
3430         }
3431 }
3432
3433 /*
3434  * Free a pcp page
3435  */
3436 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3437 {
3438         unsigned long flags;
3439         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3440         int migratetype;
3441
3442         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3443                 return;
3444
3445         /*
3446          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3447          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3448          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3449          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3450          * excessively into the page allocator
3451          */
3452         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3453         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3454                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3455                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3456                         return;
3457                 }
3458                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3459         }
3460
3461         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3462         free_unref_page_commit(page, migratetype, order);
3463         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3464 }
3465
3466 /*
3467  * Free a list of 0-order pages
3468  */
3469 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3470 {
3471         struct page *page, *next;
3472         unsigned long flags;
3473         int batch_count = 0;
3474         int migratetype;
3475
3476         /* Prepare pages for freeing */
3477         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3478                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3479                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
3480                         list_del(&page->lru);
3481                         continue;
3482                 }
3483
3484                 /*
3485                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3486                  * comment in free_unref_page.
3487                  */
3488                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3489                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3490                         list_del(&page->lru);
3491                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
3492                         continue;
3493                 }
3494         }
3495
3496         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3497         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3498                 /*
3499                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3500                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3501                  */
3502                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3503                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
3504                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3505
3506                 trace_mm_page_free_batched(page);
3507                 free_unref_page_commit(page, migratetype, 0);
3508
3509                 /*
3510                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3511                  * a large list of pages to free.
3512                  */
3513                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3514                         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3515                         batch_count = 0;
3516                         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3517                 }
3518         }
3519         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3520 }
3521
3522 /*
3523  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3524  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3525  * Each sub-page must be freed individually.
3526  *
3527  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3528  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3529  */
3530 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3531 {
3532         int i;
3533
3534         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3535         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3536
3537         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3538                 set_page_refcounted(page + i);
3539         split_page_owner(page, 1 << order);
3540         split_page_memcg(page, 1 << order);
3541 }
3542 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3543
3544 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3545 {
3546         unsigned long watermark;
3547         struct zone *zone;
3548         int mt;
3549
3550         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3551
3552         zone = page_zone(page);
3553         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3554
3555         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3556                 /*
3557                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3558                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3559                  * watermark, because we already know our high-order page
3560                  * exists.
3561                  */
3562                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3563                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3564                         return 0;
3565
3566                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3567         }
3568
3569         /* Remove page from free list */
3570
3571         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3572
3573         /*
3574          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3575          * pageblock
3576          */
3577         if (order >= pageblock_order - 1) {
3578                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3579                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3580                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3581                         /*
3582                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
3583                          * with others)
3584                          */
3585                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
3586                                 set_pageblock_migratetype(page,
3587                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3588                 }
3589         }
3590
3591
3592         return 1UL << order;
3593 }
3594
3595 /**
3596  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3597  * @page: Page that was isolated
3598  * @order: Order of the isolated page
3599  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3600  *
3601  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3602  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3603  */
3604 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3605 {
3606         struct zone *zone = page_zone(page);
3607
3608         /* zone lock should be held when this function is called */
3609         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3610
3611         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3612         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3613                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3614 }
3615
3616 /*
3617  * Update NUMA hit/miss statistics
3618  *
3619  * Must be called with interrupts disabled.
3620  */
3621 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3622                                    long nr_account)
3623 {
3624 #ifdef CONFIG_NUMA
3625         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3626
3627         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3628         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3629                 return;
3630
3631         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3632                 local_stat = NUMA_OTHER;
3633
3634         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3635                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3636         else {
3637                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3638                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3639         }
3640         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3641 #endif
3642 }
3643
3644 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3645 static inline
3646 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3647                         int migratetype,
3648                         unsigned int alloc_flags,
3649                         struct per_cpu_pages *pcp,
3650                         struct list_head *list)
3651 {
3652         struct page *page;
3653
3654         do {
3655                 if (list_empty(list)) {
3656                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3657                         int alloced;
3658
3659                         /*
3660                          * Scale batch relative to order if batch implies
3661                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3662                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3663                          * should never store free pages as the pages may
3664                          * belong to arbitrary zones.
3665                          */
3666                         if (batch > 1)
3667                                 batch = max(batch >> order, 2);
3668                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3669                                         batch, list,
3670                                         migratetype, alloc_flags);
3671
3672                         pcp->count += alloced << order;
3673                         if (unlikely(list_empty(list)))
3674                                 return NULL;
3675                 }
3676
3677                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3678                 list_del(&page->lru);
3679                 pcp->count -= 1 << order;
3680         } while (check_new_pcp(page, order));
3681
3682         return page;
3683 }
3684
3685 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3686 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3687                         struct zone *zone, unsigned int order,
3688                         gfp_t gfp_flags, int migratetype,
3689                         unsigned int alloc_flags)
3690 {
3691         struct per_cpu_pages *pcp;
3692         struct list_head *list;
3693         struct page *page;
3694         unsigned long flags;
3695
3696         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3697
3698         /*
3699          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3700          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3701          * frees.
3702          */
3703         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3704         pcp->free_factor >>= 1;
3705         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3706         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3707         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3708         if (page) {
3709                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3710                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3711         }
3712         return page;
3713 }
3714
3715 /*
3716  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3717  */
3718 static inline
3719 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3720                         struct zone *zone, unsigned int order,
3721                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3722                         int migratetype)
3723 {
3724         unsigned long flags;
3725         struct page *page;
3726
3727         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3728                 /*
3729                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3730                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3731                  */
3732                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3733                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3734                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3735                                         gfp_flags, migratetype, alloc_flags);
3736                         goto out;
3737                 }
3738         }
3739
3740         /*
3741          * We most definitely don't want callers attempting to
3742          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3743          */
3744         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3745
3746         do {
3747                 page = NULL;
3748                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3749                 /*
3750                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3751                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3752                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3753                  * request should skip it.
3754                  */
3755                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER)
3756                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3757                 if (!page) {
3758                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3759                         if (!page)
3760                                 goto failed;
3761                 }
3762                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3763                                           get_pcppage_migratetype(page));
3764                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3765         } while (check_new_pages(page, order));
3766
3767         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3768         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3769
3770 out:
3771         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3772         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3773                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3774                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3775         }
3776
3777         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3778         return page;
3779
3780 failed:
3781         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3782         return NULL;
3783 }
3784
3785 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3786
3787 static struct {
3788         struct fault_attr attr;
3789
3790         bool ignore_gfp_highmem;
3791         bool ignore_gfp_reclaim;
3792         u32 min_order;
3793 } fail_page_alloc = {
3794         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3795         .ignore_gfp_reclaim = true,
3796         .ignore_gfp_highmem = true,
3797         .min_order = 1,
3798 };
3799
3800 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3801 {
3802         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3803 }
3804 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3805
3806 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3807 {
3808         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3809                 return false;
3810         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3811                 return false;
3812         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3813                 return false;
3814         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3815                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3816                 return false;
3817
3818         if (gfp_mask & __GFP_NOWARN)
3819                 fail_page_alloc.attr.no_warn = true;
3820
3821         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3822 }
3823
3824 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3825
3826 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3827 {
3828         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3829         struct dentry *dir;
3830
3831         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3832                                         &fail_page_alloc.attr);
3833
3834         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3835                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3836         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3837                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3838         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3839
3840         return 0;
3841 }
3842
3843 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3844
3845 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3846
3847 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3848
3849 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3850 {
3851         return false;
3852 }
3853
3854 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3855
3856 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3857 {
3858         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3859 }
3860 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3861
3862 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3863                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3864 {
3865         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3866         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3867
3868         /*
3869          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3870          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3871          * atomic reserve but it avoids a search.
3872          */
3873         if (likely(!alloc_harder))
3874                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3875
3876 #ifdef CONFIG_CMA
3877         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3878         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3879                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3880 #endif
3881
3882         return unusable_free;
3883 }
3884
3885 /*
3886  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3887  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3888  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3889  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3890  */
3891 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3892                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3893                          long free_pages)
3894 {
3895         long min = mark;
3896         int o;
3897         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3898
3899         /* free_pages may go negative - that's OK */
3900         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3901
3902         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3903                 min -= min / 2;
3904
3905         if (unlikely(alloc_harder)) {
3906                 /*
3907                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3908                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3909                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3910                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3911                  */
3912                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3913                         min -= min / 2;
3914                 else
3915                         min -= min / 4;
3916         }
3917
3918         /*
3919          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3920          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3921          * even if a suitable page happened to be free.
3922          */
3923         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3924                 return false;
3925
3926         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3927         if (!order)
3928                 return true;
3929
3930         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3931         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3932                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3933                 int mt;
3934
3935                 if (!area->nr_free)
3936                         continue;
3937
3938                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3939                         if (!free_area_empty(area, mt))
3940                                 return true;
3941                 }
3942
3943 #ifdef CONFIG_CMA
3944                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3945                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3946                         return true;
3947                 }
3948 #endif
3949                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3950                         return true;
3951         }
3952         return false;
3953 }
3954
3955 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3956                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3957 {
3958         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3959                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3960 }
3961
3962 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3963                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3964                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3965 {
3966         long free_pages;
3967
3968         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3969
3970         /*
3971          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3972          * need to be calculated.
3973          */
3974         if (!order) {
3975                 long fast_free;
3976
3977                 fast_free = free_pages;
3978                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3979                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3980                         return true;
3981         }
3982
3983         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3984                                         free_pages))
3985                 return true;
3986         /*
3987          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3988          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3989          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3990          * when below the low watermark.
3991          */
3992         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3993                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3994                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3995                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3996                                         alloc_flags, free_pages);
3997         }
3998
3999         return false;
4000 }
4001
4002 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
4003                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
4004 {
4005         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
4006
4007         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
4008                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
4009
4010         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
4011                                                                 free_pages);
4012 }
4013
4014 #ifdef CONFIG_NUMA
4015 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
4016
4017 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
4018 {
4019         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
4020                                 node_reclaim_distance;
4021 }
4022 #else   /* CONFIG_NUMA */
4023 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
4024 {
4025         return true;
4026 }
4027 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4028
4029 /*
4030  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
4031  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
4032  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
4033  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
4034  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
4035  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
4036  */
4037 static inline unsigned int
4038 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
4039 {
4040         unsigned int alloc_flags;
4041
4042         /*
4043          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4044          * to save a branch.
4045          */
4046         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
4047
4048 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
4049         if (!zone)
4050                 return alloc_flags;
4051
4052         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
4053                 return alloc_flags;
4054
4055         /*
4056          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
4057          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
4058          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
4059          */
4060         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
4061         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
4062                 return alloc_flags;
4063
4064         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
4065 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
4066         return alloc_flags;
4067 }
4068
4069 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
4070 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
4071                                                   unsigned int alloc_flags)
4072 {
4073 #ifdef CONFIG_CMA
4074         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4075                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4076 #endif
4077         return alloc_flags;
4078 }
4079
4080 /*
4081  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4082  * a page.
4083  */
4084 static struct page *
4085 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4086                                                 const struct alloc_context *ac)
4087 {
4088         struct zoneref *z;
4089         struct zone *zone;
4090         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
4091         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
4092         bool no_fallback;
4093
4094 retry:
4095         /*
4096          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4097          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
4098          */
4099         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4100         z = ac->preferred_zoneref;
4101         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4102                                         ac->nodemask) {
4103                 struct page *page;
4104                 unsigned long mark;
4105
4106                 if (cpusets_enabled() &&
4107                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4108                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4109                                 continue;
4110                 /*
4111                  * When allocating a page cache page for writing, we
4112                  * want to get it from a node that is within its dirty
4113                  * limit, such that no single node holds more than its
4114                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4115                  * The dirty limits take into account the node's
4116                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4117                  * should be able to balance it without having to
4118                  * write pages from its LRU list.
4119                  *
4120                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4121                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4122                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4123                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4124                  * nodes are together not big enough to reach the
4125                  * global limit.  The proper fix for these situations
4126                  * will require awareness of nodes in the
4127                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4128                  */
4129                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4130                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
4131                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4132                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
4133                         }
4134
4135                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
4136                                 continue;
4137                 }
4138
4139                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4140                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4141                         int local_nid;
4142
4143                         /*
4144                          * If moving to a remote node, retry but allow
4145                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4146                          * than fragmentation avoidance.
4147                          */
4148                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4149                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4150                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4151                                 goto retry;
4152                         }
4153                 }
4154
4155                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4156                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4157                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4158                                        gfp_mask)) {
4159                         int ret;
4160
4161 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4162                         /*
4163                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4164                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4165                          */
4166                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4167                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4168                                         goto try_this_zone;
4169                         }
4170 #endif
4171                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4172                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4173                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4174                                 goto try_this_zone;
4175
4176                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4177                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4178                                 continue;
4179
4180                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4181                         switch (ret) {
4182                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4183                                 /* did not scan */
4184                                 continue;
4185                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4186                                 /* scanned but unreclaimable */
4187                                 continue;
4188                         default:
4189                                 /* did we reclaim enough */
4190                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4191                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4192                                         goto try_this_zone;
4193
4194                                 continue;
4195                         }
4196                 }
4197
4198 try_this_zone:
4199                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4200                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4201                 if (page) {
4202                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4203
4204                         /*
4205                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4206                          * if the pageblock should be reserved for the future
4207                          */
4208                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4209                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4210
4211                         return page;
4212                 } else {
4213 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4214                         /* Try again if zone has deferred pages */
4215                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4216                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4217                                         goto try_this_zone;
4218                         }
4219 #endif
4220                 }
4221         }
4222
4223         /*
4224          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4225          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4226          */
4227         if (no_fallback) {
4228                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4229                 goto retry;
4230         }
4231
4232         return NULL;
4233 }
4234
4235 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4236 {
4237         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4238
4239         /*
4240          * This documents exceptions given to allocations in certain
4241          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4242          * of allowed nodes.
4243          */
4244         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4245                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4246                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4247                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4248         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4249                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4250
4251         show_mem(filter, nodemask);
4252 }
4253
4254 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4255 {
4256         struct va_format vaf;
4257         va_list args;
4258         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4259
4260         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
4261              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
4262              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
4263                 return;
4264
4265         va_start(args, fmt);
4266         vaf.fmt = fmt;
4267         vaf.va = &args;
4268         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4269                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4270                         nodemask_pr_args(nodemask));
4271         va_end(args);
4272
4273         cpuset_print_current_mems_allowed();
4274         pr_cont("\n");
4275         dump_stack();
4276         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4277 }
4278
4279 static inline struct page *
4280 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4281                               unsigned int alloc_flags,
4282                               const struct alloc_context *ac)
4283 {
4284         struct page *page;
4285
4286         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4287                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4288         /*
4289          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4290          * are depleted
4291          */
4292         if (!page)
4293                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4294                                 alloc_flags, ac);
4295
4296         return page;
4297 }
4298
4299 static inline struct page *
4300 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4301         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4302 {
4303         struct oom_control oc = {
4304                 .zonelist = ac->zonelist,
4305                 .nodemask = ac->nodemask,
4306                 .memcg = NULL,
4307                 .gfp_mask = gfp_mask,
4308                 .order = order,
4309         };
4310         struct page *page;
4311
4312         *did_some_progress = 0;
4313
4314         /*
4315          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4316          * making progress for us.
4317          */
4318         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4319                 *did_some_progress = 1;
4320                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4321                 return NULL;
4322         }
4323
4324         /*
4325          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4326          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4327          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4328          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4329          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4330          */
4331         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4332                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4333                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4334         if (page)
4335                 goto out;
4336
4337         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4338         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4339                 goto out;
4340         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4341         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4342                 goto out;
4343         /*
4344          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4345          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4346          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4347          * fallback than shooting a random task.
4348          *
4349          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4350          */
4351         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4352                 goto out;
4353         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4354         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4355                 goto out;
4356         if (pm_suspended_storage())
4357                 goto out;
4358         /*
4359          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4360          * other request to make a forward progress.
4361          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4362          * do much for this context but let's try it to at least get
4363          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4364          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4365          * failures more gracefully we should just bail out here.
4366          */
4367
4368         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4369         if (out_of_memory(&oc) ||
4370             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
4371                 *did_some_progress = 1;
4372
4373                 /*
4374                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4375                  * reserves
4376                  */
4377                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4378                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4379                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4380         }
4381 out:
4382         mutex_unlock(&oom_lock);
4383         return page;
4384 }
4385
4386 /*
4387  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4388  * killer is consider as the only way to move forward.
4389  */
4390 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4391
4392 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4393 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4394 static struct page *
4395 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4396                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4397                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4398 {
4399         struct page *page = NULL;
4400         unsigned long pflags;
4401         unsigned int noreclaim_flag;
4402
4403         if (!order)
4404                 return NULL;
4405
4406         psi_memstall_enter(&pflags);
4407         delayacct_compact_start();
4408         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4409
4410         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4411                                                                 prio, &page);
4412
4413         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4414         psi_memstall_leave(&pflags);
4415         delayacct_compact_end();
4416
4417         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4418                 return NULL;
4419         /*
4420          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4421          * count a compaction stall
4422          */
4423         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4424
4425         /* Prep a captured page if available */
4426         if (page)
4427                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4428
4429         /* Try get a page from the freelist if available */
4430         if (!page)
4431                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4432
4433         if (page) {
4434                 struct zone *zone = page_zone(page);
4435
4436                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4437                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4438                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4439                 return page;
4440         }
4441
4442         /*
4443          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4444          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4445          */
4446         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4447
4448         cond_resched();
4449
4450         return NULL;
4451 }
4452
4453 static inline bool
4454 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4455                      enum compact_result compact_result,
4456                      enum compact_priority *compact_priority,
4457                      int *compaction_retries)
4458 {
4459         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4460         int min_priority;
4461         bool ret = false;
4462         int retries = *compaction_retries;
4463         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4464
4465         if (!order)
4466                 return false;
4467
4468         if (fatal_signal_pending(current))
4469                 return false;
4470
4471         if (compaction_made_progress(compact_result))
4472                 (*compaction_retries)++;
4473
4474         /*
4475          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4476          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4477          * failure could be caused by insufficient priority
4478          */
4479         if (compaction_failed(compact_result))
4480                 goto check_priority;
4481
4482         /*
4483          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4484          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4485          */
4486         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4487                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4488                 goto out;
4489         }
4490
4491         /*
4492          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4493          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4494          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4495          * we don't just keep bailing out endlessly.
4496          */
4497         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4498                 goto check_priority;
4499         }
4500
4501         /*
4502          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4503          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4504          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4505          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4506          * would need much more detailed feedback from compaction to
4507          * make a better decision.
4508          */
4509         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4510                 max_retries /= 4;
4511         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4512                 ret = true;
4513                 goto out;
4514         }
4515
4516         /*
4517          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4518          * all retries or failed at the lower priorities.
4519          */
4520 check_priority:
4521         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4522                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4523
4524         if (*compact_priority > min_priority) {
4525                 (*compact_priority)--;
4526                 *compaction_retries = 0;
4527                 ret = true;
4528         }
4529 out:
4530         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4531         return ret;
4532 }
4533 #else
4534 static inline struct page *
4535 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4536                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4537                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4538 {
4539         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4540         return NULL;
4541 }
4542
4543 static inline bool
4544 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4545                      enum compact_result compact_result,
4546                      enum compact_priority *compact_priority,
4547                      int *compaction_retries)
4548 {
4549         struct zone *zone;
4550         struct zoneref *z;
4551
4552         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4553                 return false;
4554
4555         /*
4556          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4557          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4558          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4559          * watermarks are OK.
4560          */
4561         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4562                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4563                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4564                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4565                         return true;
4566         }
4567         return false;
4568 }
4569 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4570
4571 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4572 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4573         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4574
4575 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4576 {
4577         /* no reclaim without waiting on it */
4578         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4579                 return false;
4580
4581         /* this guy won't enter reclaim */
4582         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4583                 return false;
4584
4585         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4586                 return false;
4587
4588         return true;
4589 }
4590
4591 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
4592 {
4593         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
4594 }
4595
4596 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
4597 {
4598         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
4599 }
4600
4601 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4602 {
4603         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4604
4605         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4606                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4607                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
4608
4609 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4610                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4611                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4612 #endif
4613
4614         }
4615 }
4616 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4617
4618 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4619 {
4620         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4621
4622         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4623                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4624                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
4625         }
4626 }
4627 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4628 #endif
4629
4630 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4631 static unsigned long
4632 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4633                                         const struct alloc_context *ac)
4634 {
4635         unsigned int noreclaim_flag;
4636         unsigned long progress;
4637
4638         cond_resched();
4639
4640         /* We now go into synchronous reclaim */
4641         cpuset_memory_pressure_bump();
4642         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4643         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4644
4645         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4646                                                                 ac->nodemask);
4647
4648         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4649         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4650
4651         cond_resched();
4652
4653         return progress;
4654 }
4655
4656 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4657 static inline struct page *
4658 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4659                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4660                 unsigned long *did_some_progress)
4661 {
4662         struct page *page = NULL;
4663         unsigned long pflags;
4664         bool drained = false;
4665
4666         psi_memstall_enter(&pflags);
4667         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4668         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4669                 goto out;
4670
4671 retry:
4672         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4673
4674         /*
4675          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4676          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4677          * Shrink them and try again
4678          */
4679         if (!page && !drained) {
4680                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4681                 drain_all_pages(NULL);
4682                 drained = true;
4683                 goto retry;
4684         }
4685 out:
4686         psi_memstall_leave(&pflags);
4687
4688         return page;
4689 }
4690
4691 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4692                              const struct alloc_context *ac)
4693 {
4694         struct zoneref *z;
4695         struct zone *zone;
4696         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4697         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4698
4699         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4700                                         ac->nodemask) {
4701                 if (!managed_zone(zone))
4702                         continue;
4703                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
4704                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4705                         last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4706                 }
4707         }
4708 }
4709
4710 static inline unsigned int
4711 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4712 {
4713         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4714
4715         /*
4716          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4717          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4718          * to save two branches.
4719          */
4720         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4721         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4722
4723         /*
4724          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4725          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4726          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4727          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4728          */
4729         alloc_flags |= (__force int)
4730                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4731
4732         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4733                 /*
4734                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4735                  * if it can't schedule.
4736                  */
4737                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4738                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4739                 /*
4740                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4741                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4742                  */
4743                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4744         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
4745                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4746
4747         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4748
4749         return alloc_flags;
4750 }
4751
4752 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4753 {
4754         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4755                 return false;
4756
4757         /*
4758          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4759          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4760          */
4761         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4762                 return false;
4763
4764         return true;
4765 }
4766
4767 /*
4768  * Distinguish requests which really need access to full memory
4769  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4770  */
4771 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4772 {
4773         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4774                 return 0;
4775         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4776                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4777         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4778                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4779         if (!in_interrupt()) {
4780                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4781                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4782                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4783                         return ALLOC_OOM;
4784         }
4785
4786         return 0;
4787 }
4788
4789 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4790 {
4791         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4792 }
4793
4794 /*
4795  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4796  * for the given allocation request.
4797  *
4798  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4799  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4800  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4801  *
4802  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4803  */
4804 static inline bool
4805 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4806                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4807                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4808 {
4809         struct zone *zone;
4810         struct zoneref *z;
4811         bool ret = false;
4812
4813         /*
4814          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4815          * their order will become available due to high fragmentation so
4816          * always increment the no progress counter for them
4817          */
4818         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4819                 *no_progress_loops = 0;
4820         else
4821                 (*no_progress_loops)++;
4822
4823         /*
4824          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4825          * several times in the row.
4826          */
4827         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4828                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4829                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4830         }
4831
4832         /*
4833          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4834          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4835          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4836          * screwed and have to go OOM.
4837          */
4838         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4839                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4840                 unsigned long available;
4841                 unsigned long reclaimable;
4842                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4843                 bool wmark;
4844
4845                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4846                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4847
4848                 /*
4849                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4850                  * reclaimable pages?
4851                  */
4852                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4853                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4854                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4855                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4856                 if (wmark) {
4857                         ret = true;
4858                         break;
4859                 }
4860         }
4861
4862         /*
4863          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4864          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4865          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4866          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4867          * here rather than calling cond_resched().
4868          */
4869         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4870                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4871         else
4872                 cond_resched();
4873         return ret;
4874 }
4875
4876 static inline bool
4877 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4878 {
4879         /*
4880          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4881          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4882          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4883          * such a way the check therein was true, and then it became false
4884          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4885          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4886          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4887          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4888          * caller can deal with a violated nodemask.
4889          */
4890         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4891                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4892                 ac->nodemask = NULL;
4893                 return true;
4894         }
4895
4896         /*
4897          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4898          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4899          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4900          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4901          * retry.
4902          */
4903         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4904                 return true;
4905
4906         return false;
4907 }
4908
4909 static inline struct page *
4910 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4911                                                 struct alloc_context *ac)
4912 {
4913         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4914         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4915         struct page *page = NULL;
4916         unsigned int alloc_flags;
4917         unsigned long did_some_progress;
4918         enum compact_priority compact_priority;
4919         enum compact_result compact_result;
4920         int compaction_retries;
4921         int no_progress_loops;
4922         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4923         int reserve_flags;
4924
4925         /*
4926          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4927          * callers that are not in atomic context.
4928          */
4929         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4930                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4931                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4932
4933 retry_cpuset:
4934         compaction_retries = 0;
4935         no_progress_loops = 0;
4936         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4937         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4938
4939         /*
4940          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4941          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4942          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4943          */
4944         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4945
4946         /*
4947          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4948          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4949          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4950          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4951          */
4952         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4953                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4954         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4955                 goto nopage;
4956
4957         /*
4958          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
4959          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
4960          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
4961          */
4962         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
4963                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4964                                         ac->highest_zoneidx,
4965                                         &cpuset_current_mems_allowed);
4966                 if (!z->zone)
4967                         goto nopage;
4968         }
4969
4970         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4971                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4972
4973         /*
4974          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4975          * that first
4976          */
4977         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4978         if (page)
4979                 goto got_pg;
4980
4981         /*
4982          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4983          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4984          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4985          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4986          * same migratetype.
4987          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4988          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4989          */
4990         if (can_direct_reclaim &&
4991                         (costly_order ||
4992                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4993                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4994                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4995                                                 alloc_flags, ac,
4996                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4997                                                 &compact_result);
4998                 if (page)
4999                         goto got_pg;
5000
5001                 /*
5002                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
5003                  * includes some THP page fault allocations
5004                  */
5005                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
5006                         /*
5007                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
5008                          * failed because all zones are below low watermarks
5009                          * or is prohibited because it recently failed at this
5010                          * order, fail immediately unless the allocator has
5011                          * requested compaction and reclaim retry.
5012                          *
5013                          * Reclaim is
5014                          *  - potentially very expensive because zones are far
5015                          *    below their low watermarks or this is part of very
5016                          *    bursty high order allocations,
5017                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
5018                          *    may not iterate over freed pages as part of its
5019                          *    linear scan, and
5020                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
5021                          *    own.
5022                          */
5023                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
5024                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
5025                                 goto nopage;
5026
5027                         /*
5028                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
5029                          * sync compaction could be very expensive, so keep
5030                          * using async compaction.
5031                          */
5032                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
5033                 }
5034         }
5035
5036 retry:
5037         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
5038         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
5039                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
5040
5041         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
5042         if (reserve_flags)
5043                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
5044
5045         /*
5046          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
5047          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
5048          * user oriented.
5049          */
5050         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
5051                 ac->nodemask = NULL;
5052                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5053                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5054         }
5055
5056         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
5057         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5058         if (page)
5059                 goto got_pg;
5060
5061         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
5062         if (!can_direct_reclaim)
5063                 goto nopage;
5064
5065         /* Avoid recursion of direct reclaim */
5066         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
5067                 goto nopage;
5068
5069         /* Try direct reclaim and then allocating */
5070         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5071                                                         &did_some_progress);
5072         if (page)
5073                 goto got_pg;
5074
5075         /* Try direct compaction and then allocating */
5076         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5077                                         compact_priority, &compact_result);
5078         if (page)
5079                 goto got_pg;
5080
5081         /* Do not loop if specifically requested */
5082         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5083                 goto nopage;
5084
5085         /*
5086          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5087          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5088          */
5089         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5090                 goto nopage;
5091
5092         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5093                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5094                 goto retry;
5095
5096         /*
5097          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5098          * reclaim is not able to make any progress because the current
5099          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5100          * of free memory (see __compaction_suitable)
5101          */
5102         if (did_some_progress > 0 &&
5103                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5104                                 compact_result, &compact_priority,
5105                                 &compaction_retries))
5106                 goto retry;
5107
5108
5109         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
5110         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5111                 goto retry_cpuset;
5112
5113         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5114         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5115         if (page)
5116                 goto got_pg;
5117
5118         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5119         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5120             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5121              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5122                 goto nopage;
5123
5124         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5125         if (did_some_progress) {
5126                 no_progress_loops = 0;
5127                 goto retry;
5128         }
5129
5130 nopage:
5131         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
5132         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5133                 goto retry_cpuset;
5134
5135         /*
5136          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5137          * we always retry
5138          */
5139         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5140                 /*
5141                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5142                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5143                  */
5144                 if (WARN_ON_ONCE_GFP(!can_direct_reclaim, gfp_mask))
5145                         goto fail;
5146
5147                 /*
5148                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5149                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5150                  * for somebody to do a work for us
5151                  */
5152                 WARN_ON_ONCE_GFP(current->flags & PF_MEMALLOC, gfp_mask);
5153
5154                 /*
5155                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5156                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5157                  * so that we can identify them and convert them to something
5158                  * else.
5159                  */
5160                 WARN_ON_ONCE_GFP(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER, gfp_mask);
5161
5162                 /*
5163                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5164                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5165                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5166                  * the situation worse
5167                  */
5168                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5169                 if (page)
5170                         goto got_pg;
5171
5172                 cond_resched();
5173                 goto retry;
5174         }
5175 fail:
5176         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5177                         "page allocation failure: order:%u", order);
5178 got_pg:
5179         return page;
5180 }
5181
5182 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5183                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5184                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5185                 unsigned int *alloc_flags)
5186 {
5187         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5188         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5189         ac->nodemask = nodemask;
5190         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5191
5192         if (cpusets_enabled()) {
5193                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5194                 /*
5195                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5196                  * to the current task context. It means that any node ok.
5197                  */
5198                 if (in_task() && !ac->nodemask)
5199                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5200                 else
5201                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5202         }
5203
5204         might_alloc(gfp_mask);
5205
5206         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5207                 return false;
5208
5209         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5210
5211         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5212         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5213
5214         /*
5215          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5216          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5217          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5218          */
5219         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5220                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5221
5222         return true;
5223 }
5224
5225 /*
5226  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5227  * @gfp: GFP flags for the allocation
5228  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5229  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5230  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5231  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5232  * @page_array: Optional array to store the pages
5233  *
5234  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5235  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5236  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5237  *
5238  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5239  *
5240  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5241  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5242  *
5243  * Returns the number of pages on the list or array.
5244  */
5245 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5246                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5247                         struct list_head *page_list,
5248                         struct page **page_array)
5249 {
5250         struct page *page;
5251         unsigned long flags;
5252         struct zone *zone;
5253         struct zoneref *z;
5254         struct per_cpu_pages *pcp;
5255         struct list_head *pcp_list;
5256         struct alloc_context ac;
5257         gfp_t alloc_gfp;
5258         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5259         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5260
5261         /*
5262          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5263          * to be allocated before disabling IRQs.
5264          */
5265         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5266                 nr_populated++;
5267
5268         /* No pages requested? */
5269         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5270                 goto out;
5271
5272         /* Already populated array? */
5273         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5274                 goto out;
5275
5276         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
5277         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
5278                 goto failed;
5279
5280         /* Use the single page allocator for one page. */
5281         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5282                 goto failed;
5283
5284 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
5285         /*
5286          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
5287          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
5288          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
5289          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
5290          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
5291          */
5292         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
5293                 goto failed;
5294 #endif
5295
5296         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5297         gfp &= gfp_allowed_mask;
5298         alloc_gfp = gfp;
5299         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5300                 goto out;
5301         gfp = alloc_gfp;
5302
5303         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5304         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5305                 unsigned long mark;
5306
5307                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5308                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5309                         continue;
5310                 }
5311
5312                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5313                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5314                         goto failed;
5315                 }
5316
5317                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5318                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5319                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5320                                 alloc_flags, gfp)) {
5321                         break;
5322                 }
5323         }
5324
5325         /*
5326          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5327          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5328          */
5329         if (unlikely(!zone))
5330                 goto failed;
5331
5332         /* Attempt the batch allocation */
5333         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
5334         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
5335         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5336
5337         while (nr_populated < nr_pages) {
5338
5339                 /* Skip existing pages */
5340                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5341                         nr_populated++;
5342                         continue;
5343                 }
5344
5345                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5346                                                                 pcp, pcp_list);
5347                 if (unlikely(!page)) {
5348                         /* Try and allocate at least one page */
5349                         if (!nr_account)
5350                                 goto failed_irq;
5351                         break;
5352                 }
5353                 nr_account++;
5354
5355                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5356                 if (page_list)
5357                         list_add(&page->lru, page_list);
5358                 else
5359                         page_array[nr_populated] = page;
5360                 nr_populated++;
5361         }
5362
5363         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5364
5365         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5366         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5367
5368 out:
5369         return nr_populated;
5370
5371 failed_irq:
5372         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5373
5374 failed:
5375         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5376         if (page) {
5377                 if (page_list)
5378                         list_add(&page->lru, page_list);
5379                 else
5380                         page_array[nr_populated] = page;
5381                 nr_populated++;
5382         }
5383
5384         goto out;
5385 }
5386 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5387
5388 /*
5389  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5390  */
5391 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5392                                                         nodemask_t *nodemask)
5393 {
5394         struct page *page;
5395         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5396         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5397         struct alloc_context ac = { };
5398
5399         /*
5400          * There are several places where we assume that the order value is sane
5401          * so bail out early if the request is out of bound.
5402          */
5403         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order >= MAX_ORDER, gfp))
5404                 return NULL;
5405
5406         gfp &= gfp_allowed_mask;
5407         /*
5408          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5409          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5410          * from a particular context which has been marked by
5411          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5412          * movable zones are not used during allocation.
5413          */
5414         gfp = current_gfp_context(gfp);
5415         alloc_gfp = gfp;
5416         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5417                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5418                 return NULL;
5419
5420         /*
5421          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5422          * memory until all local zones are considered.
5423          */
5424         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5425
5426         /* First allocation attempt */
5427         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5428         if (likely(page))
5429                 goto out;
5430
5431         alloc_gfp = gfp;
5432         ac.spread_dirty_pages = false;
5433
5434         /*
5435          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5436          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5437          */
5438         ac.nodemask = nodemask;
5439
5440         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5441
5442 out:
5443         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5444             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5445                 __free_pages(page, order);
5446                 page = NULL;
5447         }
5448
5449         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5450
5451         return page;
5452 }
5453 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5454
5455 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5456                 nodemask_t *nodemask)
5457 {
5458         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
5459                         preferred_nid, nodemask);
5460
5461         if (page && order > 1)
5462                 prep_transhuge_page(page);
5463         return (struct folio *)page;
5464 }
5465 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
5466
5467 /*
5468  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5469  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5470  * you need to access high mem.
5471  */
5472 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5473 {
5474         struct page *page;
5475
5476         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5477         if (!page)
5478                 return 0;
5479         return (unsigned long) page_address(page);
5480 }
5481 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5482
5483 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5484 {
5485         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5486 }
5487 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5488
5489 /**
5490  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5491  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5492  * @order: The order of the allocation.
5493  *
5494  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5495  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5496  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5497  * than was allocated will probably emit a warning.
5498  *
5499  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5500  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5501  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5502  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5503  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5504  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5505  *
5506  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5507  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5508  */
5509 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5510 {
5511         if (put_page_testzero(page))
5512                 free_the_page(page, order);
5513         else if (!PageHead(page))
5514                 while (order-- > 0)
5515                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5516 }
5517 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5518
5519 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5520 {
5521         if (addr != 0) {
5522                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5523                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5524         }
5525 }
5526
5527 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5528
5529 /*
5530  * Page Fragment:
5531  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5532  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5533  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5534  *
5535  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5536  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5537  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5538  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5539  */
5540 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5541                                              gfp_t gfp_mask)
5542 {
5543         struct page *page = NULL;
5544         gfp_t gfp = gfp_mask;
5545
5546 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5547         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5548                     __GFP_NOMEMALLOC;
5549         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5550                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5551         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5552 #endif
5553         if (unlikely(!page))
5554                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5555
5556         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5557
5558         return page;
5559 }
5560
5561 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5562 {
5563         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5564
5565         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5566                 free_the_page(page, compound_order(page));
5567 }
5568 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5569
5570 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5571                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5572                       unsigned int align_mask)
5573 {
5574         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5575         struct page *page;
5576         int offset;
5577
5578         if (unlikely(!nc->va)) {
5579 refill:
5580                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5581                 if (!page)
5582                         return NULL;
5583
5584 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5585                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5586                 size = nc->size;
5587 #endif
5588                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5589                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5590                  */
5591                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5592
5593                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5594                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5595                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5596                 nc->offset = size;
5597         }
5598
5599         offset = nc->offset - fragsz;
5600         if (unlikely(offset < 0)) {
5601                 page = virt_to_page(nc->va);
5602
5603                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5604                         goto refill;
5605
5606                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5607                         free_the_page(page, compound_order(page));
5608                         goto refill;
5609                 }
5610
5611 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5612                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5613                 size = nc->size;
5614 #endif
5615                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5616                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5617
5618                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5619                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5620                 offset = size - fragsz;
5621         }
5622
5623         nc->pagecnt_bias--;
5624         offset &= align_mask;
5625         nc->offset = offset;
5626
5627         return nc->va + offset;
5628 }
5629 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5630
5631 /*
5632  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5633  */
5634 void page_frag_free(void *addr)
5635 {
5636         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5637
5638         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5639                 free_the_page(page, compound_order(page));
5640 }
5641 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5642
5643 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5644                 size_t size)
5645 {
5646         if (addr) {
5647                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5648                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5649
5650                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5651                 while (used < alloc_end) {
5652                         free_page(used);
5653                         used += PAGE_SIZE;
5654                 }
5655         }
5656         return (void *)addr;
5657 }
5658
5659 /**
5660  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5661  * @size: the number of bytes to allocate
5662  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5663  *
5664  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5665  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5666  * allocate memory in power-of-two pages.
5667  *
5668  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5669  *
5670  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5671  *
5672  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5673  */
5674 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5675 {
5676         unsigned int order = get_order(size);
5677         unsigned long addr;
5678
5679         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5680                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5681
5682         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5683         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5684 }
5685 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5686
5687 /**
5688  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5689  *                         pages on a node.
5690  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5691  * @size: the number of bytes to allocate
5692  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5693  *
5694  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5695  * back.
5696  *
5697  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5698  */
5699 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5700 {
5701         unsigned int order = get_order(size);
5702         struct page *p;
5703
5704         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5705                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5706
5707         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5708         if (!p)
5709                 return NULL;
5710         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5711 }
5712
5713 /**
5714  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5715  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5716  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5717  *
5718  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5719  */
5720 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5721 {
5722         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5723         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5724
5725         while (addr < end) {
5726                 free_page(addr);
5727                 addr += PAGE_SIZE;
5728         }
5729 }
5730 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5731
5732 /**
5733  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5734  * @offset: The zone index of the highest zone
5735  *
5736  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5737  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5738  * zone, the number of pages is calculated as:
5739  *
5740  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5741  *
5742  * Return: number of pages beyond high watermark.
5743  */
5744 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5745 {
5746         struct zoneref *z;
5747         struct zone *zone;
5748
5749         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5750         unsigned long sum = 0;
5751
5752         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5753
5754         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5755                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5756                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5757                 if (size > high)
5758                         sum += size - high;
5759         }
5760
5761         return sum;
5762 }
5763
5764 /**
5765  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5766  *
5767  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5768  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5769  *
5770  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5771  * ZONE_NORMAL.
5772  */
5773 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5774 {
5775         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5776 }
5777 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5778
5779 static inline void show_node(struct zone *zone)
5780 {
5781         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5782                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5783 }
5784
5785 long si_mem_available(void)
5786 {
5787         long available;
5788         unsigned long pagecache;
5789         unsigned long wmark_low = 0;
5790         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5791         unsigned long reclaimable;
5792         struct zone *zone;
5793         int lru;
5794
5795         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5796                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5797
5798         for_each_zone(zone)
5799                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5800
5801         /*
5802          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5803          * without causing swapping or OOM.
5804          */
5805         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5806
5807         /*
5808          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5809          * start swapping or thrashing. Assume at least half of the page
5810          * cache, or the low watermark worth of cache, needs to stay.
5811          */
5812         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5813         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5814         available += pagecache;
5815
5816         /*
5817          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5818          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5819          * low watermark.
5820          */
5821         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5822                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5823         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5824
5825         if (available < 0)
5826                 available = 0;
5827         return available;
5828 }
5829 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5830
5831 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5832 {
5833         val->totalram = totalram_pages();
5834         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5835         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5836         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5837         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5838         val->freehigh = nr_free_highpages();
5839         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5840 }
5841
5842 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5843
5844 #ifdef CONFIG_NUMA
5845 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5846 {
5847         int zone_type;          /* needs to be signed */
5848         unsigned long managed_pages = 0;
5849         unsigned long managed_highpages = 0;
5850         unsigned long free_highpages = 0;
5851         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5852
5853         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5854                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5855         val->totalram = managed_pages;
5856         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5857         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5858 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5859         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5860                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5861
5862                 if (is_highmem(zone)) {
5863                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5864                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5865                 }
5866         }
5867         val->totalhigh = managed_highpages;
5868         val->freehigh = free_highpages;
5869 #else
5870         val->totalhigh = managed_highpages;
5871         val->freehigh = free_highpages;
5872 #endif
5873         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5874 }
5875 #endif
5876
5877 /*
5878  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5879  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5880  */
5881 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5882 {
5883         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5884                 return false;
5885
5886         /*
5887          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5888          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5889          * have to be precise here.
5890          */
5891         if (!nodemask)
5892                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5893
5894         return !node_isset(nid, *nodemask);
5895 }
5896
5897 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5898
5899 static void show_migration_types(unsigned char type)
5900 {
5901         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5902                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5903                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5904                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5905                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5906 #ifdef CONFIG_CMA
5907                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5908 #endif
5909 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5910                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5911 #endif
5912         };
5913         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5914         char *p = tmp;
5915         int i;
5916
5917         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5918                 if (type & (1 << i))
5919                         *p++ = types[i];
5920         }
5921
5922         *p = '\0';
5923         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5924 }
5925
5926 /*
5927  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5928  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5929  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5930  *
5931  * Bits in @filter:
5932  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5933  *   cpuset.
5934  */
5935 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5936 {
5937         unsigned long free_pcp = 0;
5938         int cpu;
5939         struct zone *zone;
5940         pg_data_t *pgdat;
5941
5942         for_each_populated_zone(zone) {
5943                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5944                         continue;
5945
5946                 for_each_online_cpu(cpu)
5947                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5948         }
5949
5950         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5951                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5952                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5953                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5954                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5955                 " kernel_misc_reclaimable:%lu\n"
5956                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5957                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5958                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5959                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5960                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5961                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5962                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5963                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5964                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5965                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5966                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5967                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5968                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5969                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5970                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5971                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5972                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE),
5973                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5974                 free_pcp,
5975                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5976
5977         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5978                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5979                         continue;
5980
5981                 printk("Node %d"
5982                         " active_anon:%lukB"
5983                         " inactive_anon:%lukB"
5984                         " active_file:%lukB"
5985                         " inactive_file:%lukB"
5986                         " unevictable:%lukB"
5987                         " isolated(anon):%lukB"
5988                         " isolated(file):%lukB"
5989                         " mapped:%lukB"
5990                         " dirty:%lukB"
5991                         " writeback:%lukB"
5992                         " shmem:%lukB"
5993 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5994                         " shmem_thp: %lukB"
5995                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5996                         " anon_thp: %lukB"
5997 #endif
5998                         " writeback_tmp:%lukB"
5999                         " kernel_stack:%lukB"
6000 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
6001                         " shadow_call_stack:%lukB"
6002 #endif
6003                         " pagetables:%lukB"
6004                         " all_unreclaimable? %s"
6005                         "\n",
6006                         pgdat->node_id,
6007                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
6008                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
6009                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
6010                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
6011                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
6012                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
6013                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
6014                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
6015                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
6016                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
6017                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
6018 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6019                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
6020                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
6021                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
6022 #endif
6023                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
6024                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
6025 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
6026                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
6027 #endif
6028                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
6029                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
6030                                 "yes" : "no");
6031         }
6032
6033         for_each_populated_zone(zone) {
6034                 int i;
6035
6036                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6037                         continue;
6038
6039                 free_pcp = 0;
6040                 for_each_online_cpu(cpu)
6041                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
6042
6043                 show_node(zone);
6044                 printk(KERN_CONT
6045                         "%s"
6046                         " free:%lukB"
6047                         " boost:%lukB"
6048                         " min:%lukB"
6049                         " low:%lukB"
6050                         " high:%lukB"
6051                         " reserved_highatomic:%luKB"
6052                         " active_anon:%lukB"
6053                         " inactive_anon:%lukB"
6054                         " active_file:%lukB"
6055                         " inactive_file:%lukB"
6056                         " unevictable:%lukB"
6057                         " writepending:%lukB"
6058                         " present:%lukB"
6059                         " managed:%lukB"
6060                         " mlocked:%lukB"
6061                         " bounce:%lukB"
6062                         " free_pcp:%lukB"
6063                         " local_pcp:%ukB"
6064                         " free_cma:%lukB"
6065                         "\n",
6066                         zone->name,
6067                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
6068                         K(zone->watermark_boost),
6069                         K(min_wmark_pages(zone)),
6070                         K(low_wmark_pages(zone)),
6071                         K(high_wmark_pages(zone)),
6072                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
6073                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
6074                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
6075                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
6076                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
6077                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6078                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6079                         K(zone->present_pages),
6080                         K(zone_managed_pages(zone)),
6081                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6082                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6083                         K(free_pcp),
6084                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6085                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6086                 printk("lowmem_reserve[]:");
6087                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6088                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6089                 printk(KERN_CONT "\n");
6090         }
6091
6092         for_each_populated_zone(zone) {
6093                 unsigned int order;
6094                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6095                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6096
6097                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6098                         continue;
6099                 show_node(zone);
6100                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6101
6102                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6103                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6104                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6105                         int type;
6106
6107                         nr[order] = area->nr_free;
6108                         total += nr[order] << order;
6109
6110                         types[order] = 0;
6111                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6112                                 if (!free_area_empty(area, type))
6113                                         types[order] |= 1 << type;
6114                         }
6115                 }
6116                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6117                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6118                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6119                                nr[order], K(1UL) << order);
6120                         if (nr[order])
6121                                 show_migration_types(types[order]);
6122                 }
6123                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6124         }
6125
6126         hugetlb_show_meminfo();
6127
6128         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6129
6130         show_swap_cache_info();
6131 }
6132
6133 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6134 {
6135         zoneref->zone = zone;
6136         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6137 }
6138
6139 /*
6140  * Builds allocation fallback zone lists.
6141  *
6142  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6143  */
6144 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6145 {
6146         struct zone *zone;
6147         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6148         int nr_zones = 0;
6149
6150         do {
6151                 zone_type--;
6152                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6153                 if (populated_zone(zone)) {
6154                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6155                         check_highest_zone(zone_type);
6156                 }
6157         } while (zone_type);
6158
6159         return nr_zones;
6160 }
6161
6162 #ifdef CONFIG_NUMA
6163
6164 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6165 {
6166         /*
6167          * We used to support different zonelists modes but they turned
6168          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6169          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6170          * not fail it silently
6171          */
6172         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6173                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6174                 return -EINVAL;
6175         }
6176         return 0;
6177 }
6178
6179 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6180
6181 /*
6182  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6183  */
6184 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6185                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6186 {
6187         if (write)
6188                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6189         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6190 }
6191
6192
6193 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6194
6195 /**
6196  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6197  * @node: node whose fallback list we're appending
6198  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6199  *
6200  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6201  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6202  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6203  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6204  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6205  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6206  * on them otherwise.
6207  *
6208  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6209  */
6210 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6211 {
6212         int n, val;
6213         int min_val = INT_MAX;
6214         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6215
6216         /* Use the local node if we haven't already */
6217         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6218                 node_set(node, *used_node_mask);
6219                 return node;
6220         }
6221
6222         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6223
6224                 /* Don't want a node to appear more than once */
6225                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6226                         continue;
6227
6228                 /* Use the distance array to find the distance */
6229                 val = node_distance(node, n);
6230
6231                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6232                 val += (n < node);
6233
6234                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6235                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6236                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6237
6238                 /* Slight preference for less loaded node */
6239                 val *= MAX_NUMNODES;
6240                 val += node_load[n];
6241
6242                 if (val < min_val) {
6243                         min_val = val;
6244                         best_node = n;
6245                 }
6246         }
6247
6248         if (best_node >= 0)
6249                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6250
6251         return best_node;
6252 }
6253
6254
6255 /*
6256  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6257  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6258  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6259  */
6260 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6261                 unsigned nr_nodes)
6262 {
6263         struct zoneref *zonerefs;
6264         int i;
6265
6266         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6267
6268         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6269                 int nr_zones;
6270
6271                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6272
6273                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6274                 zonerefs += nr_zones;
6275         }
6276         zonerefs->zone = NULL;
6277         zonerefs->zone_idx = 0;
6278 }
6279
6280 /*
6281  * Build gfp_thisnode zonelists
6282  */
6283 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6284 {
6285         struct zoneref *zonerefs;
6286         int nr_zones;
6287
6288         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6289         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6290         zonerefs += nr_zones;
6291         zonerefs->zone = NULL;
6292         zonerefs->zone_idx = 0;
6293 }
6294
6295 /*
6296  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6297  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6298  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6299  * may still exist in local DMA zone.
6300  */
6301
6302 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6303 {
6304         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6305         int node, nr_nodes = 0;
6306         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6307         int local_node, prev_node;
6308
6309         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6310         local_node = pgdat->node_id;
6311         prev_node = local_node;
6312
6313         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6314         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6315                 /*
6316                  * We don't want to pressure a particular node.
6317                  * So adding penalty to the first node in same
6318                  * distance group to make it round-robin.
6319                  */
6320                 if (node_distance(local_node, node) !=
6321                     node_distance(local_node, prev_node))
6322                         node_load[node] += 1;
6323
6324                 node_order[nr_nodes++] = node;
6325                 prev_node = node;
6326         }
6327
6328         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6329         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6330         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
6331         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
6332                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
6333         pr_cont("\n");
6334 }
6335
6336 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6337 /*
6338  * Return node id of node used for "local" allocations.
6339  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6340  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6341  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6342  */
6343 int local_memory_node(int node)
6344 {
6345         struct zoneref *z;
6346
6347         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6348                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6349                                    NULL);
6350         return zone_to_nid(z->zone);
6351 }
6352 #endif
6353
6354 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6355 static void setup_min_slab_ratio(void);
6356 #else   /* CONFIG_NUMA */
6357
6358 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6359 {
6360         int node, local_node;
6361         struct zoneref *zonerefs;
6362         int nr_zones;
6363
6364         local_node = pgdat->node_id;
6365
6366         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6367         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6368         zonerefs += nr_zones;
6369
6370         /*
6371          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6372          * of all the other nodes.
6373          * We don't want to pressure a particular node, so when
6374          * building the zones for node N, we make sure that the
6375          * zones coming right after the local ones are those from
6376          * node N+1 (modulo N)
6377          */
6378         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6379                 if (!node_online(node))
6380                         continue;
6381                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6382                 zonerefs += nr_zones;
6383         }
6384         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6385                 if (!node_online(node))
6386                         continue;
6387                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6388                 zonerefs += nr_zones;
6389         }
6390
6391         zonerefs->zone = NULL;
6392         zonerefs->zone_idx = 0;
6393 }
6394
6395 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6396
6397 /*
6398  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6399  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6400  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6401  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6402  * with interrupts disabled.
6403  *
6404  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6405  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6406  * hotplugged processors.
6407  *
6408  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6409  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6410  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6411  */
6412 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6413 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6414 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6415 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6416 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6417 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6418 DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6419
6420 static void __build_all_zonelists(void *data)
6421 {
6422         int nid;
6423         int __maybe_unused cpu;
6424         pg_data_t *self = data;
6425         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6426
6427         spin_lock(&lock);
6428
6429 #ifdef CONFIG_NUMA
6430         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6431 #endif
6432
6433         /*
6434          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6435          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6436          */
6437         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6438                 build_zonelists(self);
6439         } else {
6440                 /*
6441                  * All possible nodes have pgdat preallocated
6442                  * in free_area_init
6443                  */
6444                 for_each_node(nid) {
6445                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6446
6447                         build_zonelists(pgdat);
6448                 }
6449
6450 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6451                 /*
6452                  * We now know the "local memory node" for each node--
6453                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6454                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6455                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6456                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6457                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6458                  */
6459                 for_each_online_cpu(cpu)
6460                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6461 #endif
6462         }
6463
6464         spin_unlock(&lock);
6465 }
6466
6467 static noinline void __init
6468 build_all_zonelists_init(void)
6469 {
6470         int cpu;
6471
6472         __build_all_zonelists(NULL);
6473
6474         /*
6475          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6476          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6477          * each zone will be allocated later when the per cpu
6478          * allocator is available.
6479          *
6480          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6481          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6482          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6483          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6484          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6485          * (a chicken-egg dilemma).
6486          */
6487         for_each_possible_cpu(cpu)
6488                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6489
6490         mminit_verify_zonelist();
6491         cpuset_init_current_mems_allowed();
6492 }
6493
6494 /*
6495  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6496  *
6497  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6498  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6499  */
6500 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6501 {
6502         unsigned long vm_total_pages;
6503
6504         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6505                 build_all_zonelists_init();
6506         } else {
6507                 __build_all_zonelists(pgdat);
6508                 /* cpuset refresh routine should be here */
6509         }
6510         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6511         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6512         /*
6513          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6514          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6515          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6516          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6517          * disabled and enable it later
6518          */
6519         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6520                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6521         else
6522                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6523
6524         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6525                 nr_online_nodes,
6526                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6527                 vm_total_pages);
6528 #ifdef CONFIG_NUMA
6529         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6530 #endif
6531 }
6532
6533 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6534 static bool __meminit
6535 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6536 {
6537         static struct memblock_region *r;
6538
6539         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6540                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6541                         for_each_mem_region(r) {
6542                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6543                                         break;
6544                         }
6545                 }
6546                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6547                     memblock_is_mirror(r)) {
6548                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6549                         return true;
6550                 }
6551         }
6552         return false;
6553 }
6554
6555 /*
6556  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6557  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6558  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6559  *
6560  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6561  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6562  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6563  */
6564 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6565                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6566                 enum meminit_context context,
6567                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6568 {
6569         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6570         struct page *page;
6571
6572         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6573                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6574
6575 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6576         /*
6577          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6578          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6579          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6580          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6581          * the hotplug lock.
6582          */
6583         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6584                 if (!altmap)
6585                         return;
6586
6587                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6588                         start_pfn += altmap->reserve;
6589                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6590         }
6591 #endif
6592
6593         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6594                 /*
6595                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6596                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6597                  */
6598                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6599                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6600                                 continue;
6601                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6602                                 break;
6603                 }
6604
6605                 page = pfn_to_page(pfn);
6606                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6607                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6608                         __SetPageReserved(page);
6609
6610                 /*
6611                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6612                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6613                  * over the place during system boot.
6614                  */
6615                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6616                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6617                         cond_resched();
6618                 }
6619                 pfn++;
6620         }
6621 }
6622
6623 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6624 static void __ref __init_zone_device_page(struct page *page, unsigned long pfn,
6625                                           unsigned long zone_idx, int nid,
6626                                           struct dev_pagemap *pgmap)
6627 {
6628
6629         __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6630
6631         /*
6632          * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6633          * phase for it to be fully associated with a zone.
6634          *
6635          * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6636          * the flag as we are still initializing the pages.
6637          */
6638         __SetPageReserved(page);
6639
6640         /*
6641          * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6642          * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6643          * ever freed or placed on a driver-private list.
6644          */
6645         page->pgmap = pgmap;
6646         page->zone_device_data = NULL;
6647
6648         /*
6649          * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6650          * movable at startup. This will force kernel allocations
6651          * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6652          * the address space during boot when many long-lived
6653          * kernel allocations are made.
6654          *
6655          * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6656          * because this is done early in section_activate()
6657          */
6658         if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6659                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6660                 cond_resched();
6661         }
6662 }
6663
6664 /*
6665  * With compound page geometry and when struct pages are stored in ram most
6666  * tail pages are reused. Consequently, the amount of unique struct pages to
6667  * initialize is a lot smaller that the total amount of struct pages being
6668  * mapped. This is a paired / mild layering violation with explicit knowledge
6669  * of how the sparse_vmemmap internals handle compound pages in the lack
6670  * of an altmap. See vmemmap_populate_compound_pages().
6671  */
6672 static inline unsigned long compound_nr_pages(struct vmem_altmap *altmap,
6673                                               unsigned long nr_pages)
6674 {
6675         return is_power_of_2(sizeof(struct page)) &&
6676                 !altmap ? 2 * (PAGE_SIZE / sizeof(struct page)) : nr_pages;
6677 }
6678
6679 static void __ref memmap_init_compound(struct page *head,
6680                                        unsigned long head_pfn,
6681                                        unsigned long zone_idx, int nid,
6682                                        struct dev_pagemap *pgmap,
6683                                        unsigned long nr_pages)
6684 {
6685         unsigned long pfn, end_pfn = head_pfn + nr_pages;
6686         unsigned int order = pgmap->vmemmap_shift;
6687
6688         __SetPageHead(head);
6689         for (pfn = head_pfn + 1; pfn < end_pfn; pfn++) {
6690                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6691
6692                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6693                 prep_compound_tail(head, pfn - head_pfn);
6694                 set_page_count(page, 0);
6695
6696                 /*
6697                  * The first tail page stores compound_mapcount_ptr() and
6698                  * compound_order() and the second tail page stores
6699                  * compound_pincount_ptr(). Call prep_compound_head() after
6700                  * the first and second tail pages have been initialized to
6701                  * not have the data overwritten.
6702                  */
6703                 if (pfn == head_pfn + 2)
6704                         prep_compound_head(head, order);
6705         }
6706 }
6707
6708 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6709                                    unsigned long start_pfn,
6710                                    unsigned long nr_pages,
6711                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6712 {
6713         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6714         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6715         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6716         unsigned int pfns_per_compound = pgmap_vmemmap_nr(pgmap);
6717         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6718         unsigned long start = jiffies;
6719         int nid = pgdat->node_id;
6720
6721         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6722                 return;
6723
6724         /*
6725          * The call to memmap_init should have already taken care
6726          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6727          * the end of that region and start processing the device pages.
6728          */
6729         if (altmap) {
6730                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6731                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6732         }
6733
6734         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pfns_per_compound) {
6735                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6736
6737                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6738
6739                 if (pfns_per_compound == 1)
6740                         continue;
6741
6742                 memmap_init_compound(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap,
6743                                      compound_nr_pages(altmap, pfns_per_compound));
6744         }
6745
6746         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6747                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6748 }
6749
6750 #endif
6751 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6752 {
6753         unsigned int order, t;
6754         for_each_migratetype_order(order, t) {
6755                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6756                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6757         }
6758 }
6759
6760 /*
6761  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6762  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6763  * memmap_init_zone_range().
6764  *
6765  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6766  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6767  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6768  *   arbitrary section size
6769  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6770  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6771  *   nicely with memmap sections
6772  *
6773  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6774  * - PG_Reserved is set
6775  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6776  *   hole is in the middle of a zone
6777  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6778  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6779  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6780  *   section that will be appended to the zone/node below.
6781  */
6782 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6783                                           unsigned long epfn,
6784                                           int zone, int node)
6785 {
6786         unsigned long pfn;
6787         u64 pgcnt = 0;
6788
6789         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6790                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6791                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6792                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6793                         continue;
6794                 }
6795                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6796                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6797                 pgcnt++;
6798         }
6799
6800         if (pgcnt)
6801                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6802                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6803 }
6804
6805 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6806                                           unsigned long start_pfn,
6807                                           unsigned long end_pfn,
6808                                           unsigned long *hole_pfn)
6809 {
6810         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6811         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6812         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6813
6814         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6815         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6816
6817         if (start_pfn >= end_pfn)
6818                 return;
6819
6820         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6821                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6822
6823         if (*hole_pfn < start_pfn)
6824                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6825
6826         *hole_pfn = end_pfn;
6827 }
6828
6829 static void __init memmap_init(void)
6830 {
6831         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6832         unsigned long hole_pfn = 0;
6833         int i, j, zone_id = 0, nid;
6834
6835         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6836                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6837
6838                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6839                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6840
6841                         if (!populated_zone(zone))
6842                                 continue;
6843
6844                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6845                                                &hole_pfn);
6846                         zone_id = j;
6847                 }
6848         }
6849
6850 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6851         /*
6852          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6853          * section_end].
6854          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6855          * node.
6856          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6857          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6858          * for FLATMEM it is a nop anyway
6859          */
6860         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6861         if (hole_pfn < end_pfn)
6862 #endif
6863                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
6864 }
6865
6866 void __init *memmap_alloc(phys_addr_t size, phys_addr_t align,
6867                           phys_addr_t min_addr, int nid, bool exact_nid)
6868 {
6869         void *ptr;
6870
6871         if (exact_nid)
6872                 ptr = memblock_alloc_exact_nid_raw(size, align, min_addr,
6873                                                    MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6874                                                    nid);
6875         else
6876                 ptr = memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, min_addr,
6877                                                  MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6878                                                  nid);
6879
6880         if (ptr && size > 0)
6881                 page_init_poison(ptr, size);
6882
6883         return ptr;
6884 }
6885
6886 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6887 {
6888 #ifdef CONFIG_MMU
6889         int batch;
6890
6891         /*
6892          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
6893          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
6894          * size is striking a balance between allocation latency
6895          * and zone lock contention.
6896          */
6897         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, (1024 * 1024) / PAGE_SIZE);
6898         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6899         if (batch < 1)
6900                 batch = 1;
6901
6902         /*
6903          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6904          * of 2 value was found to be more likely to have
6905          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6906          *
6907          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6908          * batches of pages, one task can end up with a lot
6909          * of pages of one half of the possible page colors
6910          * and the other with pages of the other colors.
6911          */
6912         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6913
6914         return batch;
6915
6916 #else
6917         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6918          * conditions.
6919          *
6920          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6921          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6922          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6923          *
6924          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6925          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6926          * can be a significant delay between the individual batches being
6927          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6928          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6929          */
6930         return 0;
6931 #endif
6932 }
6933
6934 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
6935 {
6936 #ifdef CONFIG_MMU
6937         int high;
6938         int nr_split_cpus;
6939         unsigned long total_pages;
6940
6941         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
6942                 /*
6943                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
6944                  * low watermark so that if they are full then background
6945                  * reclaim will not be started prematurely.
6946                  */
6947                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
6948         } else {
6949                 /*
6950                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
6951                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
6952                  * zone.
6953                  */
6954                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
6955         }
6956
6957         /*
6958          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
6959          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
6960          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
6961          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
6962          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
6963          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
6964          */
6965         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
6966         if (!nr_split_cpus)
6967                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
6968         high = total_pages / nr_split_cpus;
6969
6970         /*
6971          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
6972          * historical relationship between high and batch.
6973          */
6974         high = max(high, batch << 2);
6975
6976         return high;
6977 #else
6978         return 0;
6979 #endif
6980 }
6981
6982 /*
6983  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6984  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6985  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6986  *
6987  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6988  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6989  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6990  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6991  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6992  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6993  *
6994  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6995  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6996  * exist).
6997  */
6998 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6999                 unsigned long batch)
7000 {
7001         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
7002         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
7003 }
7004
7005 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
7006 {
7007         int pindex;
7008
7009         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
7010         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
7011
7012         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
7013                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
7014
7015         /*
7016          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
7017          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
7018          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
7019          * pageset yet.
7020          */
7021         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7022         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7023         pcp->free_factor = 0;
7024 }
7025
7026 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
7027                 unsigned long batch)
7028 {
7029         struct per_cpu_pages *pcp;
7030         int cpu;
7031
7032         for_each_possible_cpu(cpu) {
7033                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
7034                 pageset_update(pcp, high, batch);
7035         }
7036 }
7037
7038 /*
7039  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
7040  * zone based on the zone's size.
7041  */
7042 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
7043 {
7044         int new_high, new_batch;
7045
7046         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
7047         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
7048
7049         if (zone->pageset_high == new_high &&
7050             zone->pageset_batch == new_batch)
7051                 return;
7052
7053         zone->pageset_high = new_high;
7054         zone->pageset_batch = new_batch;
7055
7056         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
7057 }
7058
7059 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
7060 {
7061         int cpu;
7062
7063         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
7064         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
7065                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
7066
7067         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
7068         for_each_possible_cpu(cpu) {
7069                 struct per_cpu_pages *pcp;
7070                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
7071
7072                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
7073                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
7074                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
7075         }
7076
7077         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
7078 }
7079
7080 /*
7081  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
7082  * Before this call only boot pagesets were available.
7083  */
7084 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
7085 {
7086         struct pglist_data *pgdat;
7087         struct zone *zone;
7088         int __maybe_unused cpu;
7089
7090         for_each_populated_zone(zone)
7091                 setup_zone_pageset(zone);
7092
7093 #ifdef CONFIG_NUMA
7094         /*
7095          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
7096          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
7097          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
7098          * the nodes these zones are associated with.
7099          */
7100         for_each_possible_cpu(cpu) {
7101                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
7102                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
7103                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
7104         }
7105 #endif
7106
7107         for_each_online_pgdat(pgdat)
7108                 pgdat->per_cpu_nodestats =
7109                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7110 }
7111
7112 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
7113 {
7114         /*
7115          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
7116          * relies on the ability of the linker to provide the
7117          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
7118          */
7119         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
7120         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
7121         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7122         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7123
7124         if (populated_zone(zone))
7125                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
7126                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
7127 }
7128
7129 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
7130                                         unsigned long zone_start_pfn,
7131                                         unsigned long size)
7132 {
7133         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
7134         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
7135
7136         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
7137                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
7138
7139         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7140
7141         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
7142                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
7143                         pgdat->node_id,
7144                         (unsigned long)zone_idx(zone),
7145                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7146
7147         zone_init_free_lists(zone);
7148         zone->initialized = 1;
7149 }
7150
7151 /**
7152  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7153  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7154  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7155  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7156  *
7157  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7158  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7159  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7160  * PFNs will be 0.
7161  */
7162 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7163                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7164 {
7165         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7166         int i;
7167
7168         *start_pfn = -1UL;
7169         *end_pfn = 0;
7170
7171         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7172                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7173                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7174         }
7175
7176         if (*start_pfn == -1UL)
7177                 *start_pfn = 0;
7178 }
7179
7180 /*
7181  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7182  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7183  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7184  */
7185 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7186 {
7187         int zone_index;
7188         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7189                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7190                         continue;
7191
7192                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7193                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7194                         break;
7195         }
7196
7197         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7198         movable_zone = zone_index;
7199 }
7200
7201 /*
7202  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7203  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7204  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7205  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7206  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7207  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7208  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7209  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7210  */
7211 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7212                                         unsigned long zone_type,
7213                                         unsigned long node_start_pfn,
7214                                         unsigned long node_end_pfn,
7215                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7216                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7217 {
7218         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7219         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7220                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7221                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7222                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7223                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7224                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7225
7226                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7227                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7228                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7229                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7230                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7231
7232                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7233                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7234                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7235         }
7236 }
7237
7238 /*
7239  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7240  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7241  */
7242 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7243                                         unsigned long zone_type,
7244                                         unsigned long node_start_pfn,
7245                                         unsigned long node_end_pfn,
7246                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7247                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7248 {
7249         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7250         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7251         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7252         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7253                 return 0;
7254
7255         /* Get the start and end of the zone */
7256         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7257         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7258         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7259                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7260                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7261
7262         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7263         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7264                 return 0;
7265
7266         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7267         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7268         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7269
7270         /* Return the spanned pages */
7271         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7272 }
7273
7274 /*
7275  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7276  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7277  */
7278 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7279                                 unsigned long range_start_pfn,
7280                                 unsigned long range_end_pfn)
7281 {
7282         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7283         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7284         int i;
7285
7286         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7287                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7288                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7289                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7290         }
7291         return nr_absent;
7292 }
7293
7294 /**
7295  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7296  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7297  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7298  *
7299  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7300  */
7301 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7302                                                         unsigned long end_pfn)
7303 {
7304         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7305 }
7306
7307 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7308 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7309                                         unsigned long zone_type,
7310                                         unsigned long node_start_pfn,
7311                                         unsigned long node_end_pfn)
7312 {
7313         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7314         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7315         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7316         unsigned long nr_absent;
7317
7318         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7319         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7320                 return 0;
7321
7322         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7323         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7324
7325         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7326                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7327                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7328         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7329
7330         /*
7331          * ZONE_MOVABLE handling.
7332          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7333          * and vice versa.
7334          */
7335         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7336                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7337                 struct memblock_region *r;
7338
7339                 for_each_mem_region(r) {
7340                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7341                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7342                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7343                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7344
7345                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7346                             memblock_is_mirror(r))
7347                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7348
7349                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7350                             !memblock_is_mirror(r))
7351                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7352                 }
7353         }
7354
7355         return nr_absent;
7356 }
7357
7358 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7359                                                 unsigned long node_start_pfn,
7360                                                 unsigned long node_end_pfn)
7361 {
7362         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7363         enum zone_type i;
7364
7365         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7366                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7367                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7368                 unsigned long spanned, absent;
7369                 unsigned long size, real_size;
7370
7371                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7372                                                      node_start_pfn,
7373                                                      node_end_pfn,
7374                                                      &zone_start_pfn,
7375                                                      &zone_end_pfn);
7376                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7377                                                    node_start_pfn,
7378                                                    node_end_pfn);
7379
7380                 size = spanned;
7381                 real_size = size - absent;
7382
7383                 if (size)
7384                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7385                 else
7386                         zone->zone_start_pfn = 0;
7387                 zone->spanned_pages = size;
7388                 zone->present_pages = real_size;
7389 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
7390                 zone->present_early_pages = real_size;
7391 #endif
7392
7393                 totalpages += size;
7394                 realtotalpages += real_size;
7395         }
7396
7397         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7398         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7399         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7400 }
7401
7402 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7403 /*
7404  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7405  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7406  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7407  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7408  * bytes.
7409  */
7410 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7411 {
7412         unsigned long usemapsize;
7413
7414         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7415         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7416         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7417         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7418         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7419
7420         return usemapsize / 8;
7421 }
7422
7423 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7424 {
7425         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7426                                                zone->spanned_pages);
7427         zone->pageblock_flags = NULL;
7428         if (usemapsize) {
7429                 zone->pageblock_flags =
7430                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7431                                             zone_to_nid(zone));
7432                 if (!zone->pageblock_flags)
7433                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7434                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7435         }
7436 }
7437 #else
7438 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7439 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7440
7441 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7442
7443 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7444 void __init set_pageblock_order(void)
7445 {
7446         unsigned int order = MAX_ORDER - 1;
7447
7448         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7449         if (pageblock_order)
7450                 return;
7451
7452         /* Don't let pageblocks exceed the maximum allocation granularity. */
7453         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT && HUGETLB_PAGE_ORDER < order)
7454                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7455
7456         /*
7457          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7458          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7459          * powerpc.
7460          */
7461         pageblock_order = order;
7462 }
7463 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7464
7465 /*
7466  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7467  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7468  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7469  * the kernel config
7470  */
7471 void __init set_pageblock_order(void)
7472 {
7473 }
7474
7475 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7476
7477 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7478                                                 unsigned long present_pages)
7479 {
7480         unsigned long pages = spanned_pages;
7481
7482         /*
7483          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7484          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7485          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7486          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7487          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7488          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7489          */
7490         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7491             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7492                 pages = present_pages;
7493
7494         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7495 }
7496
7497 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7498 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7499 {
7500         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7501
7502         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7503         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7504         ds_queue->split_queue_len = 0;
7505 }
7506 #else
7507 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7508 #endif
7509
7510 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7511 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7512 {
7513         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7514 }
7515 #else
7516 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7517 #endif
7518
7519 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7520 {
7521         int i;
7522
7523         pgdat_resize_init(pgdat);
7524
7525         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7526         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7527
7528         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7529         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7530
7531         for (i = 0; i < NR_VMSCAN_THROTTLE; i++)
7532                 init_waitqueue_head(&pgdat->reclaim_wait[i]);
7533
7534         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7535         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7536 }
7537
7538 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7539                                                         unsigned long remaining_pages)
7540 {
7541         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7542         zone_set_nid(zone, nid);
7543         zone->name = zone_names[idx];
7544         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7545         spin_lock_init(&zone->lock);
7546         zone_seqlock_init(zone);
7547         zone_pcp_init(zone);
7548 }
7549
7550 /*
7551  * Set up the zone data structures
7552  * - init pgdat internals
7553  * - init all zones belonging to this node
7554  *
7555  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7556  */
7557 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7558 void __ref free_area_init_core_hotplug(struct pglist_data *pgdat)
7559 {
7560         int nid = pgdat->node_id;
7561         enum zone_type z;
7562         int cpu;
7563
7564         pgdat_init_internals(pgdat);
7565
7566         if (pgdat->per_cpu_nodestats == &boot_nodestats)
7567                 pgdat->per_cpu_nodestats = alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7568
7569         /*
7570          * Reset the nr_zones, order and highest_zoneidx before reuse.
7571          * Note that kswapd will init kswapd_highest_zoneidx properly
7572          * when it starts in the near future.
7573          */
7574         pgdat->nr_zones = 0;
7575         pgdat->kswapd_order = 0;
7576         pgdat->kswapd_highest_zoneidx = 0;
7577         pgdat->node_start_pfn = 0;
7578         for_each_online_cpu(cpu) {
7579                 struct per_cpu_nodestat *p;
7580
7581                 p = per_cpu_ptr(pgdat->per_cpu_nodestats, cpu);
7582                 memset(p, 0, sizeof(*p));
7583         }
7584
7585         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7586                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7587 }
7588 #endif
7589
7590 /*
7591  * Set up the zone data structures:
7592  *   - mark all pages reserved
7593  *   - mark all memory queues empty
7594  *   - clear the memory bitmaps
7595  *
7596  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7597  * NOTE: this function is only called during early init.
7598  */
7599 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7600 {
7601         enum zone_type j;
7602         int nid = pgdat->node_id;
7603
7604         pgdat_init_internals(pgdat);
7605         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7606
7607         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7608                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7609                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7610
7611                 size = zone->spanned_pages;
7612                 freesize = zone->present_pages;
7613
7614                 /*
7615                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7616                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7617                  * and per-cpu initialisations
7618                  */
7619                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7620                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7621                         if (freesize >= memmap_pages) {
7622                                 freesize -= memmap_pages;
7623                                 if (memmap_pages)
7624                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7625                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7626                         } else
7627                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7628                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7629                 }
7630
7631                 /* Account for reserved pages */
7632                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7633                         freesize -= dma_reserve;
7634                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7635                 }
7636
7637                 if (!is_highmem_idx(j))
7638                         nr_kernel_pages += freesize;
7639                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7640                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7641                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7642                 nr_all_pages += freesize;
7643
7644                 /*
7645                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7646                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7647                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7648                  */
7649                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7650
7651                 if (!size)
7652                         continue;
7653
7654                 set_pageblock_order();
7655                 setup_usemap(zone);
7656                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7657         }
7658 }
7659
7660 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7661 static void __init alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7662 {
7663         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7664         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7665
7666         /* Skip empty nodes */
7667         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7668                 return;
7669
7670         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7671         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7672         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7673         if (!pgdat->node_mem_map) {
7674                 unsigned long size, end;
7675                 struct page *map;
7676
7677                 /*
7678                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7679                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7680                  * for the buddy allocator to function correctly.
7681                  */
7682                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7683                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7684                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7685                 map = memmap_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES, MEMBLOCK_LOW_LIMIT,
7686                                    pgdat->node_id, false);
7687                 if (!map)
7688                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7689                               size, pgdat->node_id);
7690                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7691         }
7692         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7693                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7694                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7695 #ifndef CONFIG_NUMA
7696         /*
7697          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7698          */
7699         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7700                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7701                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7702                         mem_map -= offset;
7703         }
7704 #endif
7705 }
7706 #else
7707 static inline void alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7708 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7709
7710 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7711 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7712 {
7713         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7714 }
7715 #else
7716 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7717 #endif
7718
7719 static void __init free_area_init_node(int nid)
7720 {
7721         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7722         unsigned long start_pfn = 0;
7723         unsigned long end_pfn = 0;
7724
7725         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7726         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7727
7728         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7729
7730         pgdat->node_id = nid;
7731         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7732         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7733
7734         if (start_pfn != end_pfn) {
7735                 pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7736                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7737                         end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7738         } else {
7739                 pr_info("Initmem setup node %d as memoryless\n", nid);
7740         }
7741
7742         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7743
7744         alloc_node_mem_map(pgdat);
7745         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7746
7747         free_area_init_core(pgdat);
7748 }
7749
7750 static void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7751 {
7752         free_area_init_node(nid);
7753 }
7754
7755 #if MAX_NUMNODES > 1
7756 /*
7757  * Figure out the number of possible node ids.
7758  */
7759 void __init setup_nr_node_ids(void)
7760 {
7761         unsigned int highest;
7762
7763         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7764         nr_node_ids = highest + 1;
7765 }
7766 #endif
7767
7768 /**
7769  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7770  *
7771  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7772  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7773  * all the nodes.
7774  *
7775  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7776  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7777  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7778  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7779  *
7780  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7781  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7782  * populated node map.
7783  *
7784  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7785  * requirement (single node).
7786  */
7787 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7788 {
7789         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7790         unsigned long start, end, mask;
7791         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7792         int i, nid;
7793
7794         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7795                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7796                         last_nid = nid;
7797                         last_end = end;
7798                         continue;
7799                 }
7800
7801                 /*
7802                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7803                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7804                  * too coarse to separate the current node from the last.
7805                  */
7806                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7807                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7808                         mask <<= 1;
7809
7810                 /* accumulate all internode masks */
7811                 accl_mask |= mask;
7812         }
7813
7814         /* convert mask to number of pages */
7815         return ~accl_mask + 1;
7816 }
7817
7818 /**
7819  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7820  *
7821  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7822  * memblock_set_node().
7823  */
7824 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7825 {
7826         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7827 }
7828
7829 /*
7830  * early_calculate_totalpages()
7831  * Sum pages in active regions for movable zone.
7832  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7833  */
7834 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7835 {
7836         unsigned long totalpages = 0;
7837         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7838         int i, nid;
7839
7840         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7841                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7842
7843                 totalpages += pages;
7844                 if (pages)
7845                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7846         }
7847         return totalpages;
7848 }
7849
7850 /*
7851  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7852  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7853  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7854  * others
7855  */
7856 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7857 {
7858         int i, nid;
7859         unsigned long usable_startpfn;
7860         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7861         /* save the state before borrow the nodemask */
7862         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7863         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7864         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7865         struct memblock_region *r;
7866
7867         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7868         find_usable_zone_for_movable();
7869
7870         /*
7871          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7872          * options.
7873          */
7874         if (movable_node_is_enabled()) {
7875                 for_each_mem_region(r) {
7876                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7877                                 continue;
7878
7879                         nid = memblock_get_region_node(r);
7880
7881                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7882                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7883                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7884                                 usable_startpfn;
7885                 }
7886
7887                 goto out2;
7888         }
7889
7890         /*
7891          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7892          */
7893         if (mirrored_kernelcore) {
7894                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7895
7896                 for_each_mem_region(r) {
7897                         if (memblock_is_mirror(r))
7898                                 continue;
7899
7900                         nid = memblock_get_region_node(r);
7901
7902                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7903
7904                         if (usable_startpfn < PHYS_PFN(SZ_4G)) {
7905                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7906                                 continue;
7907                         }
7908
7909                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7910                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7911                                 usable_startpfn;
7912                 }
7913
7914                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7915                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7916
7917                 goto out2;
7918         }
7919
7920         /*
7921          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7922          * amount of necessary memory.
7923          */
7924         if (required_kernelcore_percent)
7925                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7926                                        10000UL;
7927         if (required_movablecore_percent)
7928                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7929                                         10000UL;
7930
7931         /*
7932          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7933          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7934          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7935          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7936          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7937          * what movablecore would have allowed.
7938          */
7939         if (required_movablecore) {
7940                 unsigned long corepages;
7941
7942                 /*
7943                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7944                  * was requested by the user
7945                  */
7946                 required_movablecore =
7947                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7948                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7949                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7950
7951                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7952         }
7953
7954         /*
7955          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7956          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7957          */
7958         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7959                 goto out;
7960
7961         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7962         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7963
7964 restart:
7965         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7966         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7967         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7968                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7969
7970                 /*
7971                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7972                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7973                  * amount of memory for the kernel
7974                  */
7975                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7976                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7977
7978                 /*
7979                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7980                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7981                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7982                  */
7983                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7984
7985                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7986                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7987                         unsigned long size_pages;
7988
7989                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7990                         if (start_pfn >= end_pfn)
7991                                 continue;
7992
7993                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7994                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7995                                 unsigned long kernel_pages;
7996                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7997                                                                 - start_pfn;
7998
7999                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
8000                                                         kernelcore_remaining);
8001                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
8002                                                         required_kernelcore);
8003
8004                                 /* Continue if range is now fully accounted */
8005                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
8006
8007                                         /*
8008                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
8009                                          * that if we have to rebalance
8010                                          * kernelcore across nodes, we will
8011                                          * not double account here
8012                                          */
8013                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
8014                                         continue;
8015                                 }
8016                                 start_pfn = usable_startpfn;
8017                         }
8018
8019                         /*
8020                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
8021                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
8022                          * number of pages used as kernelcore
8023                          */
8024                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
8025                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
8026                                 size_pages = kernelcore_remaining;
8027                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
8028
8029                         /*
8030                          * Some kernelcore has been met, update counts and
8031                          * break if the kernelcore for this node has been
8032                          * satisfied
8033                          */
8034                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
8035                                                                 size_pages);
8036                         kernelcore_remaining -= size_pages;
8037                         if (!kernelcore_remaining)
8038                                 break;
8039                 }
8040         }
8041
8042         /*
8043          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
8044          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
8045          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
8046          * satisfied
8047          */
8048         usable_nodes--;
8049         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
8050                 goto restart;
8051
8052 out2:
8053         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
8054         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++) {
8055                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
8056
8057                 zone_movable_pfn[nid] =
8058                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
8059
8060                 get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
8061                 if (zone_movable_pfn[nid] >= end_pfn)
8062                         zone_movable_pfn[nid] = 0;
8063         }
8064
8065 out:
8066         /* restore the node_state */
8067         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
8068 }
8069
8070 /* Any regular or high memory on that node ? */
8071 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
8072 {
8073         enum zone_type zone_type;
8074
8075         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
8076                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
8077                 if (populated_zone(zone)) {
8078                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
8079                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
8080                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
8081                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
8082                         break;
8083                 }
8084         }
8085 }
8086
8087 /*
8088  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
8089  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
8090  */
8091 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
8092 {
8093         return false;
8094 }
8095
8096 /**
8097  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
8098  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
8099  *
8100  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
8101  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
8102  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
8103  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
8104  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
8105  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
8106  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
8107  * at arch_max_dma_pfn.
8108  */
8109 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
8110 {
8111         unsigned long start_pfn, end_pfn;
8112         int i, nid, zone;
8113         bool descending;
8114
8115         /* Record where the zone boundaries are */
8116         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
8117                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
8118         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
8119                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
8120
8121         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
8122         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
8123
8124         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8125                 if (descending)
8126                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
8127                 else
8128                         zone = i;
8129
8130                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
8131                         continue;
8132
8133                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
8134                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
8135                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
8136
8137                 start_pfn = end_pfn;
8138         }
8139
8140         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8141         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
8142         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
8143
8144         /* Print out the zone ranges */
8145         pr_info("Zone ranges:\n");
8146         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8147                 if (i == ZONE_MOVABLE)
8148                         continue;
8149                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
8150                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
8151                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
8152                         pr_cont("empty\n");
8153                 else
8154                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
8155                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
8156                                         << PAGE_SHIFT,
8157                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
8158                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
8159         }
8160
8161         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8162         pr_info("Movable zone start for each node\n");
8163         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
8164                 if (zone_movable_pfn[i])
8165                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
8166                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
8167         }
8168
8169         /*
8170          * Print out the early node map, and initialize the
8171          * subsection-map relative to active online memory ranges to
8172          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
8173          */
8174         pr_info("Early memory node ranges\n");
8175         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8176                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
8177                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
8178                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
8179                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
8180         }
8181
8182         /* Initialise every node */
8183         mminit_verify_pageflags_layout();
8184         setup_nr_node_ids();
8185         for_each_node(nid) {
8186                 pg_data_t *pgdat;
8187
8188                 if (!node_online(nid)) {
8189                         pr_info("Initializing node %d as memoryless\n", nid);
8190
8191                         /* Allocator not initialized yet */
8192                         pgdat = arch_alloc_nodedata(nid);
8193                         if (!pgdat) {
8194                                 pr_err("Cannot allocate %zuB for node %d.\n",
8195                                                 sizeof(*pgdat), nid);
8196                                 continue;
8197                         }
8198                         arch_refresh_nodedata(nid, pgdat);
8199                         free_area_init_memoryless_node(nid);
8200
8201                         /*
8202                          * We do not want to confuse userspace by sysfs
8203                          * files/directories for node without any memory
8204                          * attached to it, so this node is not marked as
8205                          * N_MEMORY and not marked online so that no sysfs
8206                          * hierarchy will be created via register_one_node for
8207                          * it. The pgdat will get fully initialized by
8208                          * hotadd_init_pgdat() when memory is hotplugged into
8209                          * this node.
8210                          */
8211                         continue;
8212                 }
8213
8214                 pgdat = NODE_DATA(nid);
8215                 free_area_init_node(nid);
8216
8217                 /* Any memory on that node */
8218                 if (pgdat->node_present_pages)
8219                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8220                 check_for_memory(pgdat, nid);
8221         }
8222
8223         memmap_init();
8224 }
8225
8226 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8227                                      unsigned long *percent)
8228 {
8229         unsigned long long coremem;
8230         char *endptr;
8231
8232         if (!p)
8233                 return -EINVAL;
8234
8235         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8236         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8237         if (*endptr == '%') {
8238                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8239                 WARN_ON(coremem > 100);
8240
8241                 *percent = coremem;
8242         } else {
8243                 coremem = memparse(p, &p);
8244                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8245                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8246
8247                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8248                 *percent = 0UL;
8249         }
8250         return 0;
8251 }
8252
8253 /*
8254  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8255  * cannot be reclaimed or migrated.
8256  */
8257 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8258 {
8259         /* parse kernelcore=mirror */
8260         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8261                 mirrored_kernelcore = true;
8262                 return 0;
8263         }
8264
8265         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8266                                   &required_kernelcore_percent);
8267 }
8268
8269 /*
8270  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8271  * can be reclaimed or migrated.
8272  */
8273 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8274 {
8275         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8276                                   &required_movablecore_percent);
8277 }
8278
8279 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8280 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8281
8282 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8283 {
8284         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8285         totalram_pages_add(count);
8286 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8287         if (PageHighMem(page))
8288                 totalhigh_pages_add(count);
8289 #endif
8290 }
8291 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8292
8293 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8294 {
8295         void *pos;
8296         unsigned long pages = 0;
8297
8298         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8299         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8300         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8301                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8302                 void *direct_map_addr;
8303
8304                 /*
8305                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8306                  * because some architectures' virt_to_page()
8307                  * work with aliases.  Getting the direct map
8308                  * address ensures that we get a _writeable_
8309                  * alias for the memset().
8310                  */
8311                 direct_map_addr = page_address(page);
8312                 /*
8313                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8314                  * has not been initialized.
8315                  */
8316                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8317                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8318                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8319
8320                 free_reserved_page(page);
8321         }
8322
8323         if (pages && s)
8324                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
8325
8326         return pages;
8327 }
8328
8329 void __init mem_init_print_info(void)
8330 {
8331         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8332         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8333
8334         physpages = get_num_physpages();
8335         codesize = _etext - _stext;
8336         datasize = _edata - _sdata;
8337         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8338         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8339         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8340         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8341
8342         /*
8343          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8344          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8345          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8346          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8347          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8348          */
8349 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8350         do { \
8351                 if (&start[0] <= &pos[0] && &pos[0] < &end[0] && size > adj) \
8352                         size -= adj; \
8353         } while (0)
8354
8355         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8356                      _sinittext, init_code_size);
8357         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8358         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8359         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8360         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8361
8362 #undef  adj_init_size
8363
8364         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8365 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8366                 ", %luK highmem"
8367 #endif
8368                 ")\n",
8369                 K(nr_free_pages()), K(physpages),
8370                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
8371                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
8372                 K(physpages - totalram_pages() - totalcma_pages),
8373                 K(totalcma_pages)
8374 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8375                 , K(totalhigh_pages())
8376 #endif
8377                 );
8378 }
8379
8380 /**
8381  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8382  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8383  *
8384  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8385  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8386  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8387  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8388  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8389  * smaller per-cpu batchsize.
8390  */
8391 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8392 {
8393         dma_reserve = new_dma_reserve;
8394 }
8395
8396 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8397 {
8398         struct zone *zone;
8399
8400         lru_add_drain_cpu(cpu);
8401         mlock_page_drain_remote(cpu);
8402         drain_pages(cpu);
8403
8404         /*
8405          * Spill the event counters of the dead processor
8406          * into the current processors event counters.
8407          * This artificially elevates the count of the current
8408          * processor.
8409          */
8410         vm_events_fold_cpu(cpu);
8411
8412         /*
8413          * Zero the differential counters of the dead processor
8414          * so that the vm statistics are consistent.
8415          *
8416          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8417          * race with what we are doing.
8418          */
8419         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8420
8421         for_each_populated_zone(zone)
8422                 zone_pcp_update(zone, 0);
8423
8424         return 0;
8425 }
8426
8427 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8428 {
8429         struct zone *zone;
8430
8431         for_each_populated_zone(zone)
8432                 zone_pcp_update(zone, 1);
8433         return 0;
8434 }
8435
8436 #ifdef CONFIG_NUMA
8437 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8438
8439 static int __init set_hashdist(char *str)
8440 {
8441         if (!str)
8442                 return 0;
8443         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8444         return 1;
8445 }
8446 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8447 #endif
8448
8449 void __init page_alloc_init(void)
8450 {
8451         int ret;
8452
8453 #ifdef CONFIG_NUMA
8454         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8455                 hashdist = 0;
8456 #endif
8457
8458         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8459                                         "mm/page_alloc:pcp",
8460                                         page_alloc_cpu_online,
8461                                         page_alloc_cpu_dead);
8462         WARN_ON(ret < 0);
8463 }
8464
8465 /*
8466  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8467  *      or min_free_kbytes changes.
8468  */
8469 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8470 {
8471         struct pglist_data *pgdat;
8472         unsigned long reserve_pages = 0;
8473         enum zone_type i, j;
8474
8475         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8476
8477                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8478
8479                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8480                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8481                         long max = 0;
8482                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8483
8484                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8485                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8486                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8487                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8488                         }
8489
8490                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8491                         max += high_wmark_pages(zone);
8492
8493                         if (max > managed_pages)
8494                                 max = managed_pages;
8495
8496                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8497
8498                         reserve_pages += max;
8499                 }
8500         }
8501         totalreserve_pages = reserve_pages;
8502 }
8503
8504 /*
8505  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8506  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8507  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8508  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8509  */
8510 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8511 {
8512         struct pglist_data *pgdat;
8513         enum zone_type i, j;
8514
8515         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8516                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8517                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8518                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8519                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8520                         unsigned long managed_pages = 0;
8521
8522                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8523                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8524
8525                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8526
8527                                 if (clear)
8528                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8529                                 else
8530                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8531                         }
8532                 }
8533         }
8534
8535         /* update totalreserve_pages */
8536         calculate_totalreserve_pages();
8537 }
8538
8539 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8540 {
8541         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8542         unsigned long lowmem_pages = 0;
8543         struct zone *zone;
8544         unsigned long flags;
8545
8546         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8547         for_each_zone(zone) {
8548                 if (!is_highmem(zone))
8549                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8550         }
8551
8552         for_each_zone(zone) {
8553                 u64 tmp;
8554
8555                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8556                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8557                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8558                 if (is_highmem(zone)) {
8559                         /*
8560                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8561                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8562                          * value here.
8563                          *
8564                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8565                          * deltas control async page reclaim, and so should
8566                          * not be capped for highmem.
8567                          */
8568                         unsigned long min_pages;
8569
8570                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8571                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8572                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8573                 } else {
8574                         /*
8575                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8576                          * proportionate to the zone's size.
8577                          */
8578                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8579                 }
8580
8581                 /*
8582                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8583                  * scale factor in proportion to available memory, but
8584                  * ensure a minimum size on small systems.
8585                  */
8586                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8587                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8588                                       watermark_scale_factor, 10000));
8589
8590                 zone->watermark_boost = 0;
8591                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8592                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
8593                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
8594
8595                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8596         }
8597
8598         /* update totalreserve_pages */
8599         calculate_totalreserve_pages();
8600 }
8601
8602 /**
8603  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8604  * or when memory is hot-{added|removed}
8605  *
8606  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8607  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8608  */
8609 void setup_per_zone_wmarks(void)
8610 {
8611         struct zone *zone;
8612         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8613
8614         spin_lock(&lock);
8615         __setup_per_zone_wmarks();
8616         spin_unlock(&lock);
8617
8618         /*
8619          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8620          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8621          */
8622         for_each_zone(zone)
8623                 zone_pcp_update(zone, 0);
8624 }
8625
8626 /*
8627  * Initialise min_free_kbytes.
8628  *
8629  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8630  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8631  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8632  *
8633  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8634  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8635  *
8636  * which yields
8637  *
8638  * 16MB:        512k
8639  * 32MB:        724k
8640  * 64MB:        1024k
8641  * 128MB:       1448k
8642  * 256MB:       2048k
8643  * 512MB:       2896k
8644  * 1024MB:      4096k
8645  * 2048MB:      5792k
8646  * 4096MB:      8192k
8647  * 8192MB:      11584k
8648  * 16384MB:     16384k
8649  */
8650 void calculate_min_free_kbytes(void)
8651 {
8652         unsigned long lowmem_kbytes;
8653         int new_min_free_kbytes;
8654
8655         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8656         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8657
8658         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
8659                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
8660         else
8661                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8662                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8663
8664 }
8665
8666 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8667 {
8668         calculate_min_free_kbytes();
8669         setup_per_zone_wmarks();
8670         refresh_zone_stat_thresholds();
8671         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8672
8673 #ifdef CONFIG_NUMA
8674         setup_min_unmapped_ratio();
8675         setup_min_slab_ratio();
8676 #endif
8677
8678         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8679
8680         return 0;
8681 }
8682 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8683
8684 /*
8685  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8686  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8687  *      changes.
8688  */
8689 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8690                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8691 {
8692         int rc;
8693
8694         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8695         if (rc)
8696                 return rc;
8697
8698         if (write) {
8699                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8700                 setup_per_zone_wmarks();
8701         }
8702         return 0;
8703 }
8704
8705 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8706                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8707 {
8708         int rc;
8709
8710         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8711         if (rc)
8712                 return rc;
8713
8714         if (write)
8715                 setup_per_zone_wmarks();
8716
8717         return 0;
8718 }
8719
8720 #ifdef CONFIG_NUMA
8721 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8722 {
8723         pg_data_t *pgdat;
8724         struct zone *zone;
8725
8726         for_each_online_pgdat(pgdat)
8727                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8728
8729         for_each_zone(zone)
8730                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8731                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8732 }
8733
8734
8735 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8736                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8737 {
8738         int rc;
8739
8740         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8741         if (rc)
8742                 return rc;
8743
8744         setup_min_unmapped_ratio();
8745
8746         return 0;
8747 }
8748
8749 static void setup_min_slab_ratio(void)
8750 {
8751         pg_data_t *pgdat;
8752         struct zone *zone;
8753
8754         for_each_online_pgdat(pgdat)
8755                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8756
8757         for_each_zone(zone)
8758                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8759                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8760 }
8761
8762 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8763                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8764 {
8765         int rc;
8766
8767         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8768         if (rc)
8769                 return rc;
8770
8771         setup_min_slab_ratio();
8772
8773         return 0;
8774 }
8775 #endif
8776
8777 /*
8778  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8779  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8780  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8781  *
8782  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8783  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8784  * if in function of the boot time zone sizes.
8785  */
8786 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8787                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8788 {
8789         int i;
8790
8791         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8792
8793         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8794                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8795                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8796         }
8797
8798         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8799         return 0;
8800 }
8801
8802 /*
8803  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8804  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8805  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8806  */
8807 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
8808                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8809 {
8810         struct zone *zone;
8811         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
8812         int ret;
8813
8814         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8815         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
8816
8817         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8818         if (!write || ret < 0)
8819                 goto out;
8820
8821         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8822         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
8823             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
8824                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
8825                 ret = -EINVAL;
8826                 goto out;
8827         }
8828
8829         /* No change? */
8830         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
8831                 goto out;
8832
8833         for_each_populated_zone(zone)
8834                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
8835 out:
8836         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8837         return ret;
8838 }
8839
8840 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8841 /*
8842  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8843  * is not known to alloc_large_system_hash().
8844  */
8845 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8846 {
8847         return 0;
8848 }
8849 #endif
8850
8851 /*
8852  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8853  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8854  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8855  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8856  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8857  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8858  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8859  */
8860 #if __BITS_PER_LONG > 32
8861 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8862 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8863 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8864 #endif
8865
8866 /*
8867  * allocate a large system hash table from bootmem
8868  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8869  *   quantity of entries
8870  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8871  */
8872 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8873                                      unsigned long bucketsize,
8874                                      unsigned long numentries,
8875                                      int scale,
8876                                      int flags,
8877                                      unsigned int *_hash_shift,
8878                                      unsigned int *_hash_mask,
8879                                      unsigned long low_limit,
8880                                      unsigned long high_limit)
8881 {
8882         unsigned long long max = high_limit;
8883         unsigned long log2qty, size;
8884         void *table = NULL;
8885         gfp_t gfp_flags;
8886         bool virt;
8887         bool huge;
8888
8889         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8890         if (!numentries) {
8891                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8892                 numentries = nr_kernel_pages;
8893                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8894
8895                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8896                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8897                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8898
8899 #if __BITS_PER_LONG > 32
8900                 if (!high_limit) {
8901                         unsigned long adapt;
8902
8903                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8904                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8905                                 scale++;
8906                 }
8907 #endif
8908
8909                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8910                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8911                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8912                 else
8913                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8914
8915                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8916                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8917                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8918                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8919                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8920                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8921                                 BUG_ON(!numentries);
8922                         }
8923                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8924                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8925         }
8926         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8927
8928         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8929         if (max == 0) {
8930                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8931                 do_div(max, bucketsize);
8932         }
8933         max = min(max, 0x80000000ULL);
8934
8935         if (numentries < low_limit)
8936                 numentries = low_limit;
8937         if (numentries > max)
8938                 numentries = max;
8939
8940         log2qty = ilog2(numentries);
8941
8942         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8943         do {
8944                 virt = false;
8945                 size = bucketsize << log2qty;
8946                 if (flags & HASH_EARLY) {
8947                         if (flags & HASH_ZERO)
8948                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8949                         else
8950                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8951                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8952                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8953                         table = vmalloc_huge(size, gfp_flags);
8954                         virt = true;
8955                         if (table)
8956                                 huge = is_vm_area_hugepages(table);
8957                 } else {
8958                         /*
8959                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8960                          * some pages at the end of hash table which
8961                          * alloc_pages_exact() automatically does
8962                          */
8963                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8964                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8965                 }
8966         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8967
8968         if (!table)
8969                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8970
8971         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8972                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8973                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
8974
8975         if (_hash_shift)
8976                 *_hash_shift = log2qty;
8977         if (_hash_mask)
8978                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8979
8980         return table;
8981 }
8982
8983 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8984 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
8985         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
8986 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
8987 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8988 {
8989         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
8990
8991         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
8992                 struct page *page;
8993
8994                 dump_stack();
8995                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
8996                         dump_page(page, "migration failure");
8997         }
8998 }
8999 #else
9000 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
9001 {
9002 }
9003 #endif
9004
9005 /* [start, end) must belong to a single zone. */
9006 int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
9007                                         unsigned long start, unsigned long end)
9008 {
9009         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
9010         unsigned int nr_reclaimed;
9011         unsigned long pfn = start;
9012         unsigned int tries = 0;
9013         int ret = 0;
9014         struct migration_target_control mtc = {
9015                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
9016                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
9017         };
9018
9019         lru_cache_disable();
9020
9021         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
9022                 if (fatal_signal_pending(current)) {
9023                         ret = -EINTR;
9024                         break;
9025                 }
9026
9027                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
9028                         cc->nr_migratepages = 0;
9029                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
9030                         if (ret && ret != -EAGAIN)
9031                                 break;
9032                         pfn = cc->migrate_pfn;
9033                         tries = 0;
9034                 } else if (++tries == 5) {
9035                         ret = -EBUSY;
9036                         break;
9037                 }
9038
9039                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
9040                                                         &cc->migratepages);
9041                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
9042
9043                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
9044                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
9045
9046                 /*
9047                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
9048                  * to retry again over this error, so do the same here.
9049                  */
9050                 if (ret == -ENOMEM)
9051                         break;
9052         }
9053
9054         lru_cache_enable();
9055         if (ret < 0) {
9056                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
9057                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
9058                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
9059                 return ret;
9060         }
9061         return 0;
9062 }
9063
9064 /**
9065  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
9066  * @start:      start PFN to allocate
9067  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
9068  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
9069  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
9070  *                      in range must have the same migratetype and it must
9071  *                      be either of the two.
9072  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
9073  *
9074  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
9075  * belong to a single zone.
9076  *
9077  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
9078  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
9079  * be modified by others.
9080  *
9081  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9082  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9083  * need to be freed with free_contig_range().
9084  */
9085 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9086                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9087 {
9088         unsigned long outer_start, outer_end;
9089         int order;
9090         int ret = 0;
9091
9092         struct compact_control cc = {
9093                 .nr_migratepages = 0,
9094                 .order = -1,
9095                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9096                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9097                 .ignore_skip_hint = true,
9098                 .no_set_skip_hint = true,
9099                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9100                 .alloc_contig = true,
9101         };
9102         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9103
9104         /*
9105          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9106          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9107          * have different sizes, and due to the way page allocator
9108          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
9109          *
9110          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9111          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9112          * we are interested in). This will put all the pages in
9113          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9114          *
9115          * When this is done, we take the pages in range from page
9116          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9117          * page allocator will never consider using them.
9118          *
9119          * This lets us mark the pageblocks back as
9120          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9121          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9122          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9123          */
9124
9125         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0, gfp_mask);
9126         if (ret)
9127                 goto done;
9128
9129         drain_all_pages(cc.zone);
9130
9131         /*
9132          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9133          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9134          * which will report the busy page.
9135          *
9136          * It is possible that busy pages could become available before
9137          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9138          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9139          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9140          */
9141         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9142         if (ret && ret != -EBUSY)
9143                 goto done;
9144         ret = 0;
9145
9146         /*
9147          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
9148          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9149          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9150          * What we are going to do is to allocate all pages from
9151          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9152          *
9153          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9154          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9155          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9156          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9157          * once this is done free the pages we are not interested in.
9158          *
9159          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9160          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9161          */
9162
9163         order = 0;
9164         outer_start = start;
9165         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9166                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9167                         outer_start = start;
9168                         break;
9169                 }
9170                 outer_start &= ~0UL << order;
9171         }
9172
9173         if (outer_start != start) {
9174                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9175
9176                 /*
9177                  * outer_start page could be small order buddy page and
9178                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9179                  * in this case to report failed page properly
9180                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9181                  */
9182                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9183                         outer_start = start;
9184         }
9185
9186         /* Make sure the range is really isolated. */
9187         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9188                 ret = -EBUSY;
9189                 goto done;
9190         }
9191
9192         /* Grab isolated pages from freelists. */
9193         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9194         if (!outer_end) {
9195                 ret = -EBUSY;
9196                 goto done;
9197         }
9198
9199         /* Free head and tail (if any) */
9200         if (start != outer_start)
9201                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9202         if (end != outer_end)
9203                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9204
9205 done:
9206         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
9207         return ret;
9208 }
9209 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9210
9211 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9212                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9213 {
9214         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9215
9216         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9217                                   gfp_mask);
9218 }
9219
9220 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9221                                    unsigned long nr_pages)
9222 {
9223         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9224         struct page *page;
9225
9226         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9227                 page = pfn_to_online_page(i);
9228                 if (!page)
9229                         return false;
9230
9231                 if (page_zone(page) != z)
9232                         return false;
9233
9234                 if (PageReserved(page))
9235                         return false;
9236         }
9237         return true;
9238 }
9239
9240 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9241                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9242 {
9243         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9244
9245         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9246 }
9247
9248 /**
9249  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9250  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9251  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9252  * @nid:        Target node
9253  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9254  *
9255  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9256  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9257  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9258  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9259  *
9260  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9261  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
9262  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9263  *
9264  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9265  * __free_page() on each allocated page.
9266  *
9267  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9268  */
9269 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9270                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9271 {
9272         unsigned long ret, pfn, flags;
9273         struct zonelist *zonelist;
9274         struct zone *zone;
9275         struct zoneref *z;
9276
9277         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9278         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9279                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9280                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9281
9282                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9283                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9284                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9285                                 /*
9286                                  * We release the zone lock here because
9287                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9288                                  * at some point. If there's an allocation
9289                                  * spinning on this lock, it may win the race
9290                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9291                                  */
9292                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9293                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9294                                                         gfp_mask);
9295                                 if (!ret)
9296                                         return pfn_to_page(pfn);
9297                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9298                         }
9299                         pfn += nr_pages;
9300                 }
9301                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9302         }
9303         return NULL;
9304 }
9305 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9306
9307 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9308 {
9309         unsigned long count = 0;
9310
9311         for (; nr_pages--; pfn++) {
9312                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9313
9314                 count += page_count(page) != 1;
9315                 __free_page(page);
9316         }
9317         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9318 }
9319 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9320
9321 /*
9322  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
9323  * page high values need to be recalculated.
9324  */
9325 void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
9326 {
9327         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9328         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
9329         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9330 }
9331
9332 /*
9333  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9334  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9335  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9336  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9337  *
9338  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9339  */
9340 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9341 {
9342         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9343         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9344         __drain_all_pages(zone, true);
9345 }
9346
9347 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9348 {
9349         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9350         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9351 }
9352
9353 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9354 {
9355         int cpu;
9356         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9357
9358         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9359                 for_each_online_cpu(cpu) {
9360                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9361                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9362                 }
9363                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9364                 free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9365                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9366                 zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9367         }
9368 }
9369
9370 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9371 /*
9372  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9373  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9374  */
9375 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9376 {
9377         unsigned long pfn = start_pfn;
9378         struct page *page;
9379         struct zone *zone;
9380         unsigned int order;
9381         unsigned long flags;
9382
9383         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9384         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9385         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9386         while (pfn < end_pfn) {
9387                 page = pfn_to_page(pfn);
9388                 /*
9389                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9390                  * page_count() is not 0.
9391                  */
9392                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9393                         pfn++;
9394                         continue;
9395                 }
9396                 /*
9397                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9398                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9399                  */
9400                 if (PageOffline(page)) {
9401                         BUG_ON(page_count(page));
9402                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9403                         pfn++;
9404                         continue;
9405                 }
9406
9407                 BUG_ON(page_count(page));
9408                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9409                 order = buddy_order(page);
9410                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9411                 pfn += (1 << order);
9412         }
9413         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9414 }
9415 #endif
9416
9417 /*
9418  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
9419  */
9420 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9421 {
9422         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9423         unsigned int order;
9424
9425         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9426                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9427
9428                 if (PageBuddy(page_head) &&
9429                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
9430                         break;
9431         }
9432
9433         return order < MAX_ORDER;
9434 }
9435 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
9436
9437 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9438 /*
9439  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9440  * buddy allocator.
9441  */
9442 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9443                                    struct page *target, int low, int high,
9444                                    int migratetype)
9445 {
9446         unsigned long size = 1 << high;
9447         struct page *current_buddy, *next_page;
9448
9449         while (high > low) {
9450                 high--;
9451                 size >>= 1;
9452
9453                 if (target >= &page[size]) {
9454                         next_page = page + size;
9455                         current_buddy = page;
9456                 } else {
9457                         next_page = page;
9458                         current_buddy = page + size;
9459                 }
9460
9461                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9462                         continue;
9463
9464                 if (current_buddy != target) {
9465                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9466                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9467                         page = next_page;
9468                 }
9469         }
9470 }
9471
9472 /*
9473  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9474  */
9475 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9476 {
9477         struct zone *zone = page_zone(page);
9478         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9479         unsigned long flags;
9480         unsigned int order;
9481         bool ret = false;
9482
9483         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9484         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9485                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9486                 int page_order = buddy_order(page_head);
9487
9488                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9489                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9490                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9491                                                                    pfn_head);
9492
9493                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9494                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9495                                                 page_order, migratetype);
9496                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
9497                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9498                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9499                         ret = true;
9500                         break;
9501                 }
9502                 if (page_count(page_head) > 0)
9503                         break;
9504         }
9505         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9506         return ret;
9507 }
9508
9509 /*
9510  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
9511  */
9512 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
9513 {
9514         struct zone *zone = page_zone(page);
9515         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9516         unsigned long flags;
9517         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
9518         bool ret = false;
9519
9520         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9521         if (put_page_testzero(page)) {
9522                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
9523                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
9524                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
9525                         ret = true;
9526                 }
9527         }
9528         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9529
9530         return ret;
9531 }
9532 #endif
9533
9534 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
9535 bool has_managed_dma(void)
9536 {
9537         struct pglist_data *pgdat;
9538
9539         for_each_online_pgdat(pgdat) {
9540                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
9541
9542                 if (managed_zone(zone))
9543                         return true;
9544         }
9545         return false;
9546 }
9547 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */