media: docs: v4l2-controls: add links to functions
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.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/migrate.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/sched/mm.h>
65 #include <linux/page_owner.h>
66 #include <linux/kthread.h>
67 #include <linux/memcontrol.h>
68 #include <linux/ftrace.h>
69 #include <linux/lockdep.h>
70 #include <linux/nmi.h>
71 #include <linux/psi.h>
72
73 #include <asm/sections.h>
74 #include <asm/tlbflush.h>
75 #include <asm/div64.h>
76 #include "internal.h"
77 #include "shuffle.h"
78
79 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
80 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
81 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
82
83 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
84 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
85 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
86 #endif
87
88 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
89
90 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
91 /*
92  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
93  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
94  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
95  * defined in <linux/topology.h>.
96  */
97 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
98 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
99 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
100 #endif
101
102 /* work_structs for global per-cpu drains */
103 struct pcpu_drain {
104         struct zone *zone;
105         struct work_struct work;
106 };
107 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
108 DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
109
110 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
111 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
112 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
113 #endif
114
115 /*
116  * Array of node states.
117  */
118 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
119         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
120         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
121 #ifndef CONFIG_NUMA
122         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
123 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
124         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
125 #endif
126         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
127         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
128 #endif  /* NUMA */
129 };
130 EXPORT_SYMBOL(node_states);
131
132 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
133 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
134 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
135 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
136
137 int percpu_pagelist_fraction;
138 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
139
140 /*
141  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
142  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
143  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
144  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
145  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
146  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
147  */
148 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
149 {
150         return page->index;
151 }
152
153 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
154 {
155         page->index = migratetype;
156 }
157
158 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
159 /*
160  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
161  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
162  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
163  * they should always be called with system_transition_mutex held
164  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
165  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
166  * with that modification).
167  */
168
169 static gfp_t saved_gfp_mask;
170
171 void pm_restore_gfp_mask(void)
172 {
173         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
174         if (saved_gfp_mask) {
175                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
176                 saved_gfp_mask = 0;
177         }
178 }
179
180 void pm_restrict_gfp_mask(void)
181 {
182         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
183         WARN_ON(saved_gfp_mask);
184         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
185         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
186 }
187
188 bool pm_suspended_storage(void)
189 {
190         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
191                 return false;
192         return true;
193 }
194 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
195
196 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
197 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
198 #endif
199
200 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
201
202 /*
203  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
204  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
205  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
206  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
207  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
208  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
209  *
210  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
211  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
212  */
213 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
214 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
215         [ZONE_DMA] = 256,
216 #endif
217 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
218         [ZONE_DMA32] = 256,
219 #endif
220         [ZONE_NORMAL] = 32,
221 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
222         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
223 #endif
224         [ZONE_MOVABLE] = 0,
225 };
226
227 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
228
229 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
230 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
231          "DMA",
232 #endif
233 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
234          "DMA32",
235 #endif
236          "Normal",
237 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
238          "HighMem",
239 #endif
240          "Movable",
241 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
242          "Device",
243 #endif
244 };
245
246 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
247         "Unmovable",
248         "Movable",
249         "Reclaimable",
250         "HighAtomic",
251 #ifdef CONFIG_CMA
252         "CMA",
253 #endif
254 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
255         "Isolate",
256 #endif
257 };
258
259 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
260         NULL,
261         free_compound_page,
262 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
263         free_huge_page,
264 #endif
265 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
266         free_transhuge_page,
267 #endif
268 };
269
270 int min_free_kbytes = 1024;
271 int user_min_free_kbytes = -1;
272 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
273 /*
274  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
275  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
276  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
277  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
278  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
279  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
280  * fragmentation avoidance.
281  */
282 int watermark_boost_factor __read_mostly;
283 #else
284 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
285 #endif
286 int watermark_scale_factor = 10;
287
288 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
289 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
290 static unsigned long dma_reserve __initdata;
291
292 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
293 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
294 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
295 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
296 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
297 static unsigned long required_movablecore __initdata;
298 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
299 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
300 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
301
302 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
303 int movable_zone;
304 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
305 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
306
307 #if MAX_NUMNODES > 1
308 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
309 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
310 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
311 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
312 #endif
313
314 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
315
316 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
317 /*
318  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
319  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
320  * and we can permanently disable that path.
321  */
322 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
323
324 /*
325  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
326  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
327  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
328  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
329  *
330  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
331  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
332  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
333  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
334  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
335  * initialization is done, but this is not likely to happen.
336  */
337 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
338 {
339         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
340                 kasan_free_pages(page, order);
341 }
342
343 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
344 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
345 {
346         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
347
348         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
349                 return true;
350
351         return false;
352 }
353
354 /*
355  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
356  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
357  */
358 static bool __meminit
359 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
360 {
361         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
362
363         /*
364          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
365          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
366          */
367         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
368                 prev_end_pfn = end_pfn;
369                 nr_initialised = 0;
370         }
371
372         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
373         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
374                 return false;
375
376         /*
377          * We start only with one section of pages, more pages are added as
378          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
379          */
380         nr_initialised++;
381         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
382             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
383                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
384                 return true;
385         }
386         return false;
387 }
388 #else
389 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
390
391 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
392 {
393         return false;
394 }
395
396 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
397 {
398         return false;
399 }
400 #endif
401
402 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
403 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
404                                                         unsigned long pfn)
405 {
406 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
407         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
408 #else
409         return page_zone(page)->pageblock_flags;
410 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
411 }
412
413 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
414 {
415 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
416         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
417         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
418 #else
419         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
420         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
421 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
422 }
423
424 /**
425  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
426  * @page: The page within the block of interest
427  * @pfn: The target page frame number
428  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
429  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
430  *
431  * Return: pageblock_bits flags
432  */
433 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
434                                         unsigned long pfn,
435                                         unsigned long end_bitidx,
436                                         unsigned long mask)
437 {
438         unsigned long *bitmap;
439         unsigned long bitidx, word_bitidx;
440         unsigned long word;
441
442         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
443         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
444         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
445         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
446
447         word = bitmap[word_bitidx];
448         bitidx += end_bitidx;
449         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
450 }
451
452 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
453                                         unsigned long end_bitidx,
454                                         unsigned long mask)
455 {
456         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
457 }
458
459 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
460 {
461         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
462 }
463
464 /**
465  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
466  * @page: The page within the block of interest
467  * @flags: The flags to set
468  * @pfn: The target page frame number
469  * @end_bitidx: The last bit of interest
470  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
471  */
472 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
473                                         unsigned long pfn,
474                                         unsigned long end_bitidx,
475                                         unsigned long mask)
476 {
477         unsigned long *bitmap;
478         unsigned long bitidx, word_bitidx;
479         unsigned long old_word, word;
480
481         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
482         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
483
484         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
485         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
486         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
487         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
488
489         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
490
491         bitidx += end_bitidx;
492         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
493         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
494
495         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
496         for (;;) {
497                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
498                 if (word == old_word)
499                         break;
500                 word = old_word;
501         }
502 }
503
504 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
505 {
506         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
507                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
508                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
509
510         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
511                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
512 }
513
514 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
515 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
516 {
517         int ret = 0;
518         unsigned seq;
519         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
520         unsigned long sp, start_pfn;
521
522         do {
523                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
524                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
525                 sp = zone->spanned_pages;
526                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
527                         ret = 1;
528         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
529
530         if (ret)
531                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
532                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
533                         start_pfn, start_pfn + sp);
534
535         return ret;
536 }
537
538 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
539 {
540         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
541                 return 0;
542         if (zone != page_zone(page))
543                 return 0;
544
545         return 1;
546 }
547 /*
548  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
549  */
550 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
551 {
552         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
553                 return 1;
554         if (!page_is_consistent(zone, page))
555                 return 1;
556
557         return 0;
558 }
559 #else
560 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
561 {
562         return 0;
563 }
564 #endif
565
566 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
567                 unsigned long bad_flags)
568 {
569         static unsigned long resume;
570         static unsigned long nr_shown;
571         static unsigned long nr_unshown;
572
573         /*
574          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
575          * or allow a steady drip of one report per second.
576          */
577         if (nr_shown == 60) {
578                 if (time_before(jiffies, resume)) {
579                         nr_unshown++;
580                         goto out;
581                 }
582                 if (nr_unshown) {
583                         pr_alert(
584                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
585                                 nr_unshown);
586                         nr_unshown = 0;
587                 }
588                 nr_shown = 0;
589         }
590         if (nr_shown++ == 0)
591                 resume = jiffies + 60 * HZ;
592
593         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
594                 current->comm, page_to_pfn(page));
595         __dump_page(page, reason);
596         bad_flags &= page->flags;
597         if (bad_flags)
598                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
599                                                 bad_flags, &bad_flags);
600         dump_page_owner(page);
601
602         print_modules();
603         dump_stack();
604 out:
605         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
606         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
607         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
608 }
609
610 /*
611  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
612  *
613  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
614  *
615  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
616  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
617  *
618  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
619  * page destructors. See compound_page_dtors.
620  *
621  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
622  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
623  */
624
625 void free_compound_page(struct page *page)
626 {
627         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
628 }
629
630 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
631 {
632         int i;
633         int nr_pages = 1 << order;
634
635         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
636         set_compound_order(page, order);
637         __SetPageHead(page);
638         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
639                 struct page *p = page + i;
640                 set_page_count(p, 0);
641                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
642                 set_compound_head(p, page);
643         }
644         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
645 }
646
647 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
648 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
649 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
650                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
651 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
652 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
653
654 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
655 {
656         if (!buf)
657                 return -EINVAL;
658         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
659 }
660 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
661
662 static bool need_debug_guardpage(void)
663 {
664         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
665         if (!debug_pagealloc_enabled())
666                 return false;
667
668         if (!debug_guardpage_minorder())
669                 return false;
670
671         return true;
672 }
673
674 static void init_debug_guardpage(void)
675 {
676         if (!debug_pagealloc_enabled())
677                 return;
678
679         if (!debug_guardpage_minorder())
680                 return;
681
682         _debug_guardpage_enabled = true;
683 }
684
685 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
686         .need = need_debug_guardpage,
687         .init = init_debug_guardpage,
688 };
689
690 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
691 {
692         unsigned long res;
693
694         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
695                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
696                 return 0;
697         }
698         _debug_guardpage_minorder = res;
699         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
700         return 0;
701 }
702 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
703
704 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
705                                 unsigned int order, int migratetype)
706 {
707         struct page_ext *page_ext;
708
709         if (!debug_guardpage_enabled())
710                 return false;
711
712         if (order >= debug_guardpage_minorder())
713                 return false;
714
715         page_ext = lookup_page_ext(page);
716         if (unlikely(!page_ext))
717                 return false;
718
719         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
720
721         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
722         set_page_private(page, order);
723         /* Guard pages are not available for any usage */
724         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
725
726         return true;
727 }
728
729 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
730                                 unsigned int order, int migratetype)
731 {
732         struct page_ext *page_ext;
733
734         if (!debug_guardpage_enabled())
735                 return;
736
737         page_ext = lookup_page_ext(page);
738         if (unlikely(!page_ext))
739                 return;
740
741         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
742
743         set_page_private(page, 0);
744         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
745                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
746 }
747 #else
748 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
749 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
750                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
751 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
752                                 unsigned int order, int migratetype) {}
753 #endif
754
755 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
756 {
757         set_page_private(page, order);
758         __SetPageBuddy(page);
759 }
760
761 /*
762  * This function checks whether a page is free && is the buddy
763  * we can coalesce a page and its buddy if
764  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
765  * (b) the buddy is in the buddy system &&
766  * (c) a page and its buddy have the same order &&
767  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
768  *
769  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
770  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
771  *
772  * For recording page's order, we use page_private(page).
773  */
774 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
775                                                         unsigned int order)
776 {
777         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
778                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
779                         return 0;
780
781                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
782
783                 return 1;
784         }
785
786         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
787                 /*
788                  * zone check is done late to avoid uselessly
789                  * calculating zone/node ids for pages that could
790                  * never merge.
791                  */
792                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
793                         return 0;
794
795                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
796
797                 return 1;
798         }
799         return 0;
800 }
801
802 #ifdef CONFIG_COMPACTION
803 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
804 {
805         struct capture_control *capc = current->capture_control;
806
807         return capc &&
808                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
809                 !capc->page &&
810                 capc->cc->zone == zone &&
811                 capc->cc->direct_compaction ? capc : NULL;
812 }
813
814 static inline bool
815 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
816                    int order, int migratetype)
817 {
818         if (!capc || order != capc->cc->order)
819                 return false;
820
821         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
822         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
823             is_migrate_isolate(migratetype))
824                 return false;
825
826         /*
827          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
828          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
829          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
830          * have trouble finding a high-order free page.
831          */
832         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
833                 return false;
834
835         capc->page = page;
836         return true;
837 }
838
839 #else
840 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
841 {
842         return NULL;
843 }
844
845 static inline bool
846 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
847                    int order, int migratetype)
848 {
849         return false;
850 }
851 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
852
853 /*
854  * Freeing function for a buddy system allocator.
855  *
856  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
857  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
858  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
859  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
860  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
861  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
862  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
863  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
864  * parts of the VM system.
865  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
866  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
867  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
868  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
869  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
870  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
871  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
872  * triggers coalescing into a block of larger size.
873  *
874  * -- nyc
875  */
876
877 static inline void __free_one_page(struct page *page,
878                 unsigned long pfn,
879                 struct zone *zone, unsigned int order,
880                 int migratetype)
881 {
882         unsigned long combined_pfn;
883         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
884         struct page *buddy;
885         unsigned int max_order;
886         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
887
888         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
889
890         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
891         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
892
893         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
894         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
895                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
896
897         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
898         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
899
900 continue_merging:
901         while (order < max_order - 1) {
902                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
903                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
904                                                                 migratetype);
905                         return;
906                 }
907                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
908                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
909
910                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
911                         goto done_merging;
912                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
913                         goto done_merging;
914                 /*
915                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
916                  * merge with it and move up one order.
917                  */
918                 if (page_is_guard(buddy))
919                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
920                 else
921                         del_page_from_free_area(buddy, &zone->free_area[order]);
922                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
923                 page = page + (combined_pfn - pfn);
924                 pfn = combined_pfn;
925                 order++;
926         }
927         if (max_order < MAX_ORDER) {
928                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
929                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
930                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
931                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
932                  *
933                  * We don't want to hit this code for the more frequent
934                  * low-order merging.
935                  */
936                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
937                         int buddy_mt;
938
939                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
940                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
941                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
942
943                         if (migratetype != buddy_mt
944                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
945                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
946                                 goto done_merging;
947                 }
948                 max_order++;
949                 goto continue_merging;
950         }
951
952 done_merging:
953         set_page_order(page, order);
954
955         /*
956          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
957          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
958          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
959          * that is happening, add the free page to the tail of the list
960          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
961          * as a higher order page
962          */
963         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)
964                         && !is_shuffle_order(order)) {
965                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
966                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
967                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
968                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
969                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
970                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
971                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
972                         add_to_free_area_tail(page, &zone->free_area[order],
973                                               migratetype);
974                         return;
975                 }
976         }
977
978         if (is_shuffle_order(order))
979                 add_to_free_area_random(page, &zone->free_area[order],
980                                 migratetype);
981         else
982                 add_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
983
984 }
985
986 /*
987  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
988  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
989  * check if necessary.
990  */
991 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
992                                         unsigned long check_flags)
993 {
994         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
995                 return false;
996
997         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
998                         page_ref_count(page) |
999 #ifdef CONFIG_MEMCG
1000                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1001 #endif
1002                         (page->flags & check_flags)))
1003                 return false;
1004
1005         return true;
1006 }
1007
1008 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
1009 {
1010         const char *bad_reason;
1011         unsigned long bad_flags;
1012
1013         bad_reason = NULL;
1014         bad_flags = 0;
1015
1016         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1017                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1018         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1019                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1020         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1021                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1022         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
1023                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1024                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
1025         }
1026 #ifdef CONFIG_MEMCG
1027         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1028                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1029 #endif
1030         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1031 }
1032
1033 static inline int free_pages_check(struct page *page)
1034 {
1035         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1036                 return 0;
1037
1038         /* Something has gone sideways, find it */
1039         free_pages_check_bad(page);
1040         return 1;
1041 }
1042
1043 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1044 {
1045         int ret = 1;
1046
1047         /*
1048          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1049          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1050          */
1051         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1052
1053         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1054                 ret = 0;
1055                 goto out;
1056         }
1057         switch (page - head_page) {
1058         case 1:
1059                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1060                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1061                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
1062                         goto out;
1063                 }
1064                 break;
1065         case 2:
1066                 /*
1067                  * the second tail page: ->mapping is
1068                  * deferred_list.next -- ignore value.
1069                  */
1070                 break;
1071         default:
1072                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1073                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
1074                         goto out;
1075                 }
1076                 break;
1077         }
1078         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1079                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
1080                 goto out;
1081         }
1082         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1083                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
1084                 goto out;
1085         }
1086         ret = 0;
1087 out:
1088         page->mapping = NULL;
1089         clear_compound_head(page);
1090         return ret;
1091 }
1092
1093 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1094                                         unsigned int order, bool check_free)
1095 {
1096         int bad = 0;
1097
1098         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1099
1100         trace_mm_page_free(page, order);
1101
1102         /*
1103          * Check tail pages before head page information is cleared to
1104          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1105          */
1106         if (unlikely(order)) {
1107                 bool compound = PageCompound(page);
1108                 int i;
1109
1110                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1111
1112                 if (compound)
1113                         ClearPageDoubleMap(page);
1114                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1115                         if (compound)
1116                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1117                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1118                                 bad++;
1119                                 continue;
1120                         }
1121                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1122                 }
1123         }
1124         if (PageMappingFlags(page))
1125                 page->mapping = NULL;
1126         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1127                 __memcg_kmem_uncharge(page, order);
1128         if (check_free)
1129                 bad += free_pages_check(page);
1130         if (bad)
1131                 return false;
1132
1133         page_cpupid_reset_last(page);
1134         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1135         reset_page_owner(page, order);
1136
1137         if (!PageHighMem(page)) {
1138                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1139                                            PAGE_SIZE << order);
1140                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1141                                            PAGE_SIZE << order);
1142         }
1143         arch_free_page(page, order);
1144         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1145         if (debug_pagealloc_enabled())
1146                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1147
1148         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1149
1150         return true;
1151 }
1152
1153 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1154 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1155 {
1156         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1157 }
1158
1159 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1160 {
1161         return false;
1162 }
1163 #else
1164 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1165 {
1166         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1167 }
1168
1169 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1170 {
1171         return free_pages_check(page);
1172 }
1173 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1174
1175 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1176 {
1177         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1178         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1179         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1180
1181         prefetch(buddy);
1182 }
1183
1184 /*
1185  * Frees a number of pages from the PCP lists
1186  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1187  * count is the number of pages to free.
1188  *
1189  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1190  * see if this freeing clears that state.
1191  *
1192  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1193  * pinned" detection logic.
1194  */
1195 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1196                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1197 {
1198         int migratetype = 0;
1199         int batch_free = 0;
1200         int prefetch_nr = 0;
1201         bool isolated_pageblocks;
1202         struct page *page, *tmp;
1203         LIST_HEAD(head);
1204
1205         while (count) {
1206                 struct list_head *list;
1207
1208                 /*
1209                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1210                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1211                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1212                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1213                  * lists
1214                  */
1215                 do {
1216                         batch_free++;
1217                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1218                                 migratetype = 0;
1219                         list = &pcp->lists[migratetype];
1220                 } while (list_empty(list));
1221
1222                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1223                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1224                         batch_free = count;
1225
1226                 do {
1227                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1228                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1229                         list_del(&page->lru);
1230                         pcp->count--;
1231
1232                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1233                                 continue;
1234
1235                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1236
1237                         /*
1238                          * We are going to put the page back to the global
1239                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1240                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1241                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1242                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1243                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1244                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1245                          */
1246                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1247                                 prefetch_buddy(page);
1248                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1249         }
1250
1251         spin_lock(&zone->lock);
1252         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1253
1254         /*
1255          * Use safe version since after __free_one_page(),
1256          * page->lru.next will not point to original list.
1257          */
1258         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1259                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1260                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1261                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1262                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1263                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1264                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1265
1266                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1267                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1268         }
1269         spin_unlock(&zone->lock);
1270 }
1271
1272 static void free_one_page(struct zone *zone,
1273                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1274                                 unsigned int order,
1275                                 int migratetype)
1276 {
1277         spin_lock(&zone->lock);
1278         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1279                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1280                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1281         }
1282         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1283         spin_unlock(&zone->lock);
1284 }
1285
1286 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1287                                 unsigned long zone, int nid)
1288 {
1289         mm_zero_struct_page(page);
1290         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1291         init_page_count(page);
1292         page_mapcount_reset(page);
1293         page_cpupid_reset_last(page);
1294         page_kasan_tag_reset(page);
1295
1296         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1297 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1298         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1299         if (!is_highmem_idx(zone))
1300                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1301 #endif
1302 }
1303
1304 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1305 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1306 {
1307         pg_data_t *pgdat;
1308         int nid, zid;
1309
1310         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1311                 return;
1312
1313         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1314         pgdat = NODE_DATA(nid);
1315
1316         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1317                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1318
1319                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1320                         break;
1321         }
1322         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1323 }
1324 #else
1325 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1326 {
1327 }
1328 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1329
1330 /*
1331  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1332  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1333  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1334  * sent to the buddy page allocator.
1335  */
1336 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1337 {
1338         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1339         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1340
1341         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1342                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1343                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1344
1345                         init_reserved_page(start_pfn);
1346
1347                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1348                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1349
1350                         /*
1351                          * no need for atomic set_bit because the struct
1352                          * page is not visible yet so nobody should
1353                          * access it yet.
1354                          */
1355                         __SetPageReserved(page);
1356                 }
1357         }
1358 }
1359
1360 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1361 {
1362         unsigned long flags;
1363         int migratetype;
1364         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1365
1366         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1367                 return;
1368
1369         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1370         local_irq_save(flags);
1371         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1372         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1373         local_irq_restore(flags);
1374 }
1375
1376 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1377 {
1378         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1379         struct page *p = page;
1380         unsigned int loop;
1381
1382         prefetchw(p);
1383         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1384                 prefetchw(p + 1);
1385                 __ClearPageReserved(p);
1386                 set_page_count(p, 0);
1387         }
1388         __ClearPageReserved(p);
1389         set_page_count(p, 0);
1390
1391         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1392         set_page_refcounted(page);
1393         __free_pages(page, order);
1394 }
1395
1396 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1397         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1398
1399 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1400
1401 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1402 {
1403         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1404         int nid;
1405
1406         spin_lock(&early_pfn_lock);
1407         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1408         if (nid < 0)
1409                 nid = first_online_node;
1410         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1411
1412         return nid;
1413 }
1414 #endif
1415
1416 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1417 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1418 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1419 {
1420         int nid;
1421
1422         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1423         if (nid >= 0 && nid != node)
1424                 return false;
1425         return true;
1426 }
1427
1428 #else
1429 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1430 {
1431         return true;
1432 }
1433 #endif
1434
1435
1436 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1437                                                         unsigned int order)
1438 {
1439         if (early_page_uninitialised(pfn))
1440                 return;
1441         __free_pages_core(page, order);
1442 }
1443
1444 /*
1445  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1446  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1447  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1448  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1449  * pageblocks.
1450  *
1451  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1452  *
1453  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1454  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1455  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1456  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1457  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1458  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1459  * page in a pageblock.
1460  */
1461 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1462                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1463 {
1464         struct page *start_page;
1465         struct page *end_page;
1466
1467         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1468         end_pfn--;
1469
1470         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1471                 return NULL;
1472
1473         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1474         if (!start_page)
1475                 return NULL;
1476
1477         if (page_zone(start_page) != zone)
1478                 return NULL;
1479
1480         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1481
1482         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1483         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1484                 return NULL;
1485
1486         return start_page;
1487 }
1488
1489 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1490 {
1491         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1492         unsigned long block_end_pfn;
1493
1494         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1495         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1496                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1497                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1498
1499                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1500
1501                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1502                                              block_end_pfn, zone))
1503                         return;
1504         }
1505
1506         /* We confirm that there is no hole */
1507         zone->contiguous = true;
1508 }
1509
1510 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1511 {
1512         zone->contiguous = false;
1513 }
1514
1515 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1516 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1517                                        unsigned long nr_pages)
1518 {
1519         struct page *page;
1520         unsigned long i;
1521
1522         if (!nr_pages)
1523                 return;
1524
1525         page = pfn_to_page(pfn);
1526
1527         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1528         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1529             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1530                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1531                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1532                 return;
1533         }
1534
1535         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1536                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1537                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1538                 __free_pages_core(page, 0);
1539         }
1540 }
1541
1542 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1543 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1544 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1545
1546 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1547 {
1548         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1549                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1550 }
1551
1552 /*
1553  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1554  *
1555  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1556  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1557  * function is optimized out.
1558  *
1559  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1560  * of the head pfn.
1561  */
1562 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1563 {
1564         if (!pfn_valid_within(pfn))
1565                 return false;
1566         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1567                 return false;
1568         return true;
1569 }
1570
1571 /*
1572  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1573  * pageblock_nr_pages sizes.
1574  */
1575 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1576                                        unsigned long end_pfn)
1577 {
1578         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1579         unsigned long nr_free = 0;
1580
1581         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1582                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1583                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1584                         nr_free = 0;
1585                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1586                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1587                         nr_free = 1;
1588                         touch_nmi_watchdog();
1589                 } else {
1590                         nr_free++;
1591                 }
1592         }
1593         /* Free the last block of pages to allocator */
1594         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1595 }
1596
1597 /*
1598  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1599  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1600  * Return number of pages initialized.
1601  */
1602 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1603                                                  unsigned long pfn,
1604                                                  unsigned long end_pfn)
1605 {
1606         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1607         int nid = zone_to_nid(zone);
1608         unsigned long nr_pages = 0;
1609         int zid = zone_idx(zone);
1610         struct page *page = NULL;
1611
1612         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1613                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1614                         page = NULL;
1615                         continue;
1616                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1617                         page = pfn_to_page(pfn);
1618                         touch_nmi_watchdog();
1619                 } else {
1620                         page++;
1621                 }
1622                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1623                 nr_pages++;
1624         }
1625         return (nr_pages);
1626 }
1627
1628 /*
1629  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1630  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1631  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1632  * return false indicating there are no valid ranges left.
1633  */
1634 static bool __init
1635 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1636                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1637                                     unsigned long first_init_pfn)
1638 {
1639         u64 j;
1640
1641         /*
1642          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1643          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1644          * so we just need to flush them out of the system.
1645          */
1646         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1647                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1648                         continue;
1649                 if (*spfn < first_init_pfn)
1650                         *spfn = first_init_pfn;
1651                 *i = j;
1652                 return true;
1653         }
1654
1655         return false;
1656 }
1657
1658 /*
1659  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1660  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1661  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1662  * page in __free_one_page()).
1663  *
1664  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1665  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1666  * any issues with the buddy page computation.
1667  */
1668 static unsigned long __init
1669 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1670                        unsigned long *end_pfn)
1671 {
1672         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1673         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1674         unsigned long nr_pages = 0;
1675         u64 j = *i;
1676
1677         /* First we loop through and initialize the page values */
1678         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1679                 unsigned long t;
1680
1681                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1682                         break;
1683
1684                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1685                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1686
1687                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1688                         *start_pfn = mo_pfn;
1689                         break;
1690                 }
1691         }
1692
1693         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1694         swap(j, *i);
1695
1696         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1697                 unsigned long t;
1698
1699                 if (mo_pfn <= spfn)
1700                         break;
1701
1702                 t = min(mo_pfn, epfn);
1703                 deferred_free_pages(spfn, t);
1704
1705                 if (mo_pfn <= epfn)
1706                         break;
1707         }
1708
1709         return nr_pages;
1710 }
1711
1712 /* Initialise remaining memory on a node */
1713 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1714 {
1715         pg_data_t *pgdat = data;
1716         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1717         unsigned long spfn = 0, epfn = 0, nr_pages = 0;
1718         unsigned long first_init_pfn, flags;
1719         unsigned long start = jiffies;
1720         struct zone *zone;
1721         int zid;
1722         u64 i;
1723
1724         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1725         if (!cpumask_empty(cpumask))
1726                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1727
1728         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1729         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1730         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1731                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1732                 pgdat_init_report_one_done();
1733                 return 0;
1734         }
1735
1736         /* Sanity check boundaries */
1737         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1738         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1739         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1740
1741         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1742         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1743                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1744                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1745                         break;
1746         }
1747
1748         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1749         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1750                                                  first_init_pfn))
1751                 goto zone_empty;
1752
1753         /*
1754          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1755          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1756          * allocator.
1757          */
1758         while (spfn < epfn)
1759                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1760 zone_empty:
1761         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1762
1763         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1764         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1765
1766         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n",
1767                 pgdat->node_id, nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1768
1769         pgdat_init_report_one_done();
1770         return 0;
1771 }
1772
1773 /*
1774  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1775  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1776  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1777  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1778  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1779  *
1780  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1781  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1782  * enough pages to satisfy the allocation.
1783  *
1784  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1785  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1786  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1787  */
1788 static noinline bool __init
1789 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1790 {
1791         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1792         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1793         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1794         unsigned long spfn, epfn, flags;
1795         unsigned long nr_pages = 0;
1796         u64 i;
1797
1798         /* Only the last zone may have deferred pages */
1799         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1800                 return false;
1801
1802         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1803
1804         /*
1805          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1806          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1807          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1808          * has this static branch.
1809          */
1810         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1811                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1812                 return true;
1813         }
1814
1815         /*
1816          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1817          * true, as there might be enough pages already.
1818          */
1819         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1820                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1821                 return true;
1822         }
1823
1824         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1825         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1826                                                  first_deferred_pfn)) {
1827                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1828                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1829                 return true;
1830         }
1831
1832         /*
1833          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1834          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1835          * allocator.
1836          */
1837         while (spfn < epfn) {
1838                 /* update our first deferred PFN for this section */
1839                 first_deferred_pfn = spfn;
1840
1841                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1842
1843                 /* We should only stop along section boundaries */
1844                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1845                         continue;
1846
1847                 /* If our quota has been met we can stop here */
1848                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1849                         break;
1850         }
1851
1852         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1853         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1854
1855         return nr_pages > 0;
1856 }
1857
1858 /*
1859  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1860  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1861  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1862  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1863  */
1864 static bool __ref
1865 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1866 {
1867         return deferred_grow_zone(zone, order);
1868 }
1869
1870 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1871
1872 void __init page_alloc_init_late(void)
1873 {
1874         struct zone *zone;
1875         int nid;
1876
1877 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1878
1879         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1880         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1881         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1882                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1883         }
1884
1885         /* Block until all are initialised */
1886         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1887
1888         /*
1889          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1890          * on-demand struct page initialization.
1891          */
1892         static_branch_disable(&deferred_pages);
1893
1894         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1895         files_maxfiles_init();
1896 #endif
1897
1898         /* Discard memblock private memory */
1899         memblock_discard();
1900
1901         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
1902                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
1903
1904         for_each_populated_zone(zone)
1905                 set_zone_contiguous(zone);
1906 }
1907
1908 #ifdef CONFIG_CMA
1909 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1910 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1911 {
1912         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1913         struct page *p = page;
1914
1915         do {
1916                 __ClearPageReserved(p);
1917                 set_page_count(p, 0);
1918         } while (++p, --i);
1919
1920         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1921
1922         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1923                 i = pageblock_nr_pages;
1924                 p = page;
1925                 do {
1926                         set_page_refcounted(p);
1927                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1928                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1929                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1930         } else {
1931                 set_page_refcounted(page);
1932                 __free_pages(page, pageblock_order);
1933         }
1934
1935         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1936 }
1937 #endif
1938
1939 /*
1940  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1941  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1942  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1943  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1944  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1945  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1946  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1947  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1948  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1949  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1950  *
1951  * -- nyc
1952  */
1953 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1954         int low, int high, struct free_area *area,
1955         int migratetype)
1956 {
1957         unsigned long size = 1 << high;
1958
1959         while (high > low) {
1960                 area--;
1961                 high--;
1962                 size >>= 1;
1963                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1964
1965                 /*
1966                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1967                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1968                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1969                  * pages will stay not present in virtual address space
1970                  */
1971                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1972                         continue;
1973
1974                 add_to_free_area(&page[size], area, migratetype);
1975                 set_page_order(&page[size], high);
1976         }
1977 }
1978
1979 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1980 {
1981         const char *bad_reason = NULL;
1982         unsigned long bad_flags = 0;
1983
1984         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1985                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1986         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1987                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1988         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1989                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1990         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1991                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1992                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1993                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1994                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1995                 return;
1996         }
1997         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1998                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1999                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
2000         }
2001 #ifdef CONFIG_MEMCG
2002         if (unlikely(page->mem_cgroup))
2003                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
2004 #endif
2005         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
2006 }
2007
2008 /*
2009  * This page is about to be returned from the page allocator
2010  */
2011 static inline int check_new_page(struct page *page)
2012 {
2013         if (likely(page_expected_state(page,
2014                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2015                 return 0;
2016
2017         check_new_page_bad(page);
2018         return 1;
2019 }
2020
2021 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2022 {
2023         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2024                 page_poisoning_enabled();
2025 }
2026
2027 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2028 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
2029 {
2030         return false;
2031 }
2032
2033 static bool check_new_pcp(struct page *page)
2034 {
2035         return check_new_page(page);
2036 }
2037 #else
2038 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
2039 {
2040         return check_new_page(page);
2041 }
2042 static bool check_new_pcp(struct page *page)
2043 {
2044         return false;
2045 }
2046 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2047
2048 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2049 {
2050         int i;
2051         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2052                 struct page *p = page + i;
2053
2054                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2055                         return true;
2056         }
2057
2058         return false;
2059 }
2060
2061 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2062                                 gfp_t gfp_flags)
2063 {
2064         set_page_private(page, 0);
2065         set_page_refcounted(page);
2066
2067         arch_alloc_page(page, order);
2068         if (debug_pagealloc_enabled())
2069                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2070         kasan_alloc_pages(page, order);
2071         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2072         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2073 }
2074
2075 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2076                                                         unsigned int alloc_flags)
2077 {
2078         int i;
2079
2080         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2081
2082         if (!free_pages_prezeroed() && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
2083                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
2084                         clear_highpage(page + i);
2085
2086         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2087                 prep_compound_page(page, order);
2088
2089         /*
2090          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2091          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2092          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2093          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2094          */
2095         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2096                 set_page_pfmemalloc(page);
2097         else
2098                 clear_page_pfmemalloc(page);
2099 }
2100
2101 /*
2102  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2103  * the smallest available page from the freelists
2104  */
2105 static __always_inline
2106 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2107                                                 int migratetype)
2108 {
2109         unsigned int current_order;
2110         struct free_area *area;
2111         struct page *page;
2112
2113         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2114         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2115                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2116                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2117                 if (!page)
2118                         continue;
2119                 del_page_from_free_area(page, area);
2120                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
2121                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2122                 return page;
2123         }
2124
2125         return NULL;
2126 }
2127
2128
2129 /*
2130  * This array describes the order lists are fallen back to when
2131  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2132  */
2133 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2134         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2135         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2136         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2137 #ifdef CONFIG_CMA
2138         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2139 #endif
2140 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2141         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2142 #endif
2143 };
2144
2145 #ifdef CONFIG_CMA
2146 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2147                                         unsigned int order)
2148 {
2149         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2150 }
2151 #else
2152 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2153                                         unsigned int order) { return NULL; }
2154 #endif
2155
2156 /*
2157  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2158  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2159  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2160  */
2161 static int move_freepages(struct zone *zone,
2162                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2163                           int migratetype, int *num_movable)
2164 {
2165         struct page *page;
2166         unsigned int order;
2167         int pages_moved = 0;
2168
2169 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
2170         /*
2171          * page_zone is not safe to call in this context when
2172          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
2173          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
2174          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
2175          * grouping pages by mobility
2176          */
2177         VM_BUG_ON(pfn_valid(page_to_pfn(start_page)) &&
2178                   pfn_valid(page_to_pfn(end_page)) &&
2179                   page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
2180 #endif
2181         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2182                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2183                         page++;
2184                         continue;
2185                 }
2186
2187                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2188                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2189
2190                 if (!PageBuddy(page)) {
2191                         /*
2192                          * We assume that pages that could be isolated for
2193                          * migration are movable. But we don't actually try
2194                          * isolating, as that would be expensive.
2195                          */
2196                         if (num_movable &&
2197                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2198                                 (*num_movable)++;
2199
2200                         page++;
2201                         continue;
2202                 }
2203
2204                 order = page_order(page);
2205                 move_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
2206                 page += 1 << order;
2207                 pages_moved += 1 << order;
2208         }
2209
2210         return pages_moved;
2211 }
2212
2213 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2214                                 int migratetype, int *num_movable)
2215 {
2216         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2217         struct page *start_page, *end_page;
2218
2219         if (num_movable)
2220                 *num_movable = 0;
2221
2222         start_pfn = page_to_pfn(page);
2223         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2224         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2225         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2226         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2227
2228         /* Do not cross zone boundaries */
2229         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2230                 start_page = page;
2231         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2232                 return 0;
2233
2234         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2235                                                                 num_movable);
2236 }
2237
2238 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2239                                         int start_order, int migratetype)
2240 {
2241         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2242
2243         while (nr_pageblocks--) {
2244                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2245                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2246         }
2247 }
2248
2249 /*
2250  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2251  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2252  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2253  *
2254  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2255  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2256  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2257  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2258  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2259  * pageblocks.
2260  */
2261 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2262 {
2263         /*
2264          * Leaving this order check is intended, although there is
2265          * relaxed order check in next check. The reason is that
2266          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2267          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2268          * so could be changed anytime.
2269          */
2270         if (order >= pageblock_order)
2271                 return true;
2272
2273         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2274                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2275                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2276                 page_group_by_mobility_disabled)
2277                 return true;
2278
2279         return false;
2280 }
2281
2282 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2283 {
2284         unsigned long max_boost;
2285
2286         if (!watermark_boost_factor)
2287                 return;
2288
2289         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2290                         watermark_boost_factor, 10000);
2291
2292         /*
2293          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2294          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2295          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2296          * allocations that early means that reclaim is not going
2297          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2298          * boosted watermark resulting in a hang.
2299          */
2300         if (!max_boost)
2301                 return;
2302
2303         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2304
2305         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2306                 max_boost);
2307 }
2308
2309 /*
2310  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2311  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2312  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2313  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2314  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2315  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2316  */
2317 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2318                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2319 {
2320         unsigned int current_order = page_order(page);
2321         struct free_area *area;
2322         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2323         int old_block_type;
2324
2325         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2326
2327         /*
2328          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2329          * highatomic accounting.
2330          */
2331         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2332                 goto single_page;
2333
2334         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2335         if (current_order >= pageblock_order) {
2336                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2337                 goto single_page;
2338         }
2339
2340         /*
2341          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2342          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2343          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2344          */
2345         boost_watermark(zone);
2346         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2347                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2348
2349         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2350         if (!whole_block)
2351                 goto single_page;
2352
2353         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2354                                                 &movable_pages);
2355         /*
2356          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2357          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2358          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2359          */
2360         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2361                 alike_pages = movable_pages;
2362         } else {
2363                 /*
2364                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2365                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2366                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2367                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2368                  * exact migratetype of non-movable pages.
2369                  */
2370                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2371                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2372                                                 - (free_pages + movable_pages);
2373                 else
2374                         alike_pages = 0;
2375         }
2376
2377         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2378         if (!free_pages)
2379                 goto single_page;
2380
2381         /*
2382          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2383          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2384          */
2385         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2386                         page_group_by_mobility_disabled)
2387                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2388
2389         return;
2390
2391 single_page:
2392         area = &zone->free_area[current_order];
2393         move_to_free_area(page, area, start_type);
2394 }
2395
2396 /*
2397  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2398  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2399  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2400  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2401  */
2402 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2403                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2404 {
2405         int i;
2406         int fallback_mt;
2407
2408         if (area->nr_free == 0)
2409                 return -1;
2410
2411         *can_steal = false;
2412         for (i = 0;; i++) {
2413                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2414                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2415                         break;
2416
2417                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2418                         continue;
2419
2420                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2421                         *can_steal = true;
2422
2423                 if (!only_stealable)
2424                         return fallback_mt;
2425
2426                 if (*can_steal)
2427                         return fallback_mt;
2428         }
2429
2430         return -1;
2431 }
2432
2433 /*
2434  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2435  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2436  */
2437 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2438                                 unsigned int alloc_order)
2439 {
2440         int mt;
2441         unsigned long max_managed, flags;
2442
2443         /*
2444          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2445          * Check is race-prone but harmless.
2446          */
2447         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2448         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2449                 return;
2450
2451         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2452
2453         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2454         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2455                 goto out_unlock;
2456
2457         /* Yoink! */
2458         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2459         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2460             && !is_migrate_cma(mt)) {
2461                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2462                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2463                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2464         }
2465
2466 out_unlock:
2467         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2468 }
2469
2470 /*
2471  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2472  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2473  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2474  * to recover from than an OOM.
2475  *
2476  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2477  * pageblock is exhausted.
2478  */
2479 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2480                                                 bool force)
2481 {
2482         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2483         unsigned long flags;
2484         struct zoneref *z;
2485         struct zone *zone;
2486         struct page *page;
2487         int order;
2488         bool ret;
2489
2490         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2491                                                                 ac->nodemask) {
2492                 /*
2493                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2494                  * is really high.
2495                  */
2496                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2497                                         pageblock_nr_pages)
2498                         continue;
2499
2500                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2501                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2502                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2503
2504                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2505                         if (!page)
2506                                 continue;
2507
2508                         /*
2509                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2510                          * we can counter several free pages in a pageblock
2511                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2512                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2513                          * adjust the count once.
2514                          */
2515                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2516                                 /*
2517                                  * It should never happen but changes to
2518                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2519                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2520                                  * while unreserving so be safe and watch for
2521                                  * underflows.
2522                                  */
2523                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2524                                                 pageblock_nr_pages,
2525                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2526                         }
2527
2528                         /*
2529                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2530                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2531                          * is doing the work and needs the pages. More
2532                          * importantly, if the block was always converted to
2533                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2534                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2535                          * may increase.
2536                          */
2537                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2538                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2539                                                                         NULL);
2540                         if (ret) {
2541                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2542                                 return ret;
2543                         }
2544                 }
2545                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2546         }
2547
2548         return false;
2549 }
2550
2551 /*
2552  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2553  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2554  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2555  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2556  *
2557  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2558  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2559  * condition simpler.
2560  */
2561 static __always_inline bool
2562 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2563                                                 unsigned int alloc_flags)
2564 {
2565         struct free_area *area;
2566         int current_order;
2567         int min_order = order;
2568         struct page *page;
2569         int fallback_mt;
2570         bool can_steal;
2571
2572         /*
2573          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2574          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2575          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2576          */
2577         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2578                 min_order = pageblock_order;
2579
2580         /*
2581          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2582          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2583          * would be too costly to do exactly.
2584          */
2585         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2586                                 --current_order) {
2587                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2588                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2589                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2590                 if (fallback_mt == -1)
2591                         continue;
2592
2593                 /*
2594                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2595                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2596                  * steal and split the smallest available page instead of the
2597                  * largest available page, because even if the next movable
2598                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2599                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2600                  */
2601                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2602                                         && current_order > order)
2603                         goto find_smallest;
2604
2605                 goto do_steal;
2606         }
2607
2608         return false;
2609
2610 find_smallest:
2611         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2612                                                         current_order++) {
2613                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2614                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2615                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2616                 if (fallback_mt != -1)
2617                         break;
2618         }
2619
2620         /*
2621          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2622          * when looking for the largest page.
2623          */
2624         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2625
2626 do_steal:
2627         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2628
2629         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2630                                                                 can_steal);
2631
2632         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2633                 start_migratetype, fallback_mt);
2634
2635         return true;
2636
2637 }
2638
2639 /*
2640  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2641  * Call me with the zone->lock already held.
2642  */
2643 static __always_inline struct page *
2644 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2645                                                 unsigned int alloc_flags)
2646 {
2647         struct page *page;
2648
2649 retry:
2650         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2651         if (unlikely(!page)) {
2652                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2653                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2654
2655                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2656                                                                 alloc_flags))
2657                         goto retry;
2658         }
2659
2660         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2661         return page;
2662 }
2663
2664 /*
2665  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2666  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2667  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2668  */
2669 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2670                         unsigned long count, struct list_head *list,
2671                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2672 {
2673         int i, alloced = 0;
2674
2675         spin_lock(&zone->lock);
2676         for (i = 0; i < count; ++i) {
2677                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2678                                                                 alloc_flags);
2679                 if (unlikely(page == NULL))
2680                         break;
2681
2682                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2683                         continue;
2684
2685                 /*
2686                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2687                  * physical page order. The page is added to the tail of
2688                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2689                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2690                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2691                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2692                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2693                  * pages are ordered properly.
2694                  */
2695                 list_add_tail(&page->lru, list);
2696                 alloced++;
2697                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2698                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2699                                               -(1 << order));
2700         }
2701
2702         /*
2703          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2704          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2705          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2706          * pages added to the pcp list.
2707          */
2708         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2709         spin_unlock(&zone->lock);
2710         return alloced;
2711 }
2712
2713 #ifdef CONFIG_NUMA
2714 /*
2715  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2716  * currently executing processor on remote nodes after they have
2717  * expired.
2718  *
2719  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2720  * a single processor.
2721  */
2722 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2723 {
2724         unsigned long flags;
2725         int to_drain, batch;
2726
2727         local_irq_save(flags);
2728         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2729         to_drain = min(pcp->count, batch);
2730         if (to_drain > 0)
2731                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2732         local_irq_restore(flags);
2733 }
2734 #endif
2735
2736 /*
2737  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2738  *
2739  * The processor must either be the current processor and the
2740  * thread pinned to the current processor or a processor that
2741  * is not online.
2742  */
2743 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2744 {
2745         unsigned long flags;
2746         struct per_cpu_pageset *pset;
2747         struct per_cpu_pages *pcp;
2748
2749         local_irq_save(flags);
2750         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2751
2752         pcp = &pset->pcp;
2753         if (pcp->count)
2754                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2755         local_irq_restore(flags);
2756 }
2757
2758 /*
2759  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2760  *
2761  * The processor must either be the current processor and the
2762  * thread pinned to the current processor or a processor that
2763  * is not online.
2764  */
2765 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2766 {
2767         struct zone *zone;
2768
2769         for_each_populated_zone(zone) {
2770                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2771         }
2772 }
2773
2774 /*
2775  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2776  *
2777  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2778  * the single zone's pages.
2779  */
2780 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2781 {
2782         int cpu = smp_processor_id();
2783
2784         if (zone)
2785                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2786         else
2787                 drain_pages(cpu);
2788 }
2789
2790 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2791 {
2792         struct pcpu_drain *drain;
2793
2794         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2795
2796         /*
2797          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2798          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2799          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2800          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2801          * a different one.
2802          */
2803         preempt_disable();
2804         drain_local_pages(drain->zone);
2805         preempt_enable();
2806 }
2807
2808 /*
2809  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2810  *
2811  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2812  *
2813  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2814  */
2815 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2816 {
2817         int cpu;
2818
2819         /*
2820          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2821          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2822          */
2823         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2824
2825         /*
2826          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2827          * initialized.
2828          */
2829         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2830                 return;
2831
2832         /*
2833          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2834          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2835          * the drain to be complete when the call returns.
2836          */
2837         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2838                 if (!zone)
2839                         return;
2840                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2841         }
2842
2843         /*
2844          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2845          * as offline notification will cause the notified
2846          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2847          * disables preemption as part of its processing
2848          */
2849         for_each_online_cpu(cpu) {
2850                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2851                 struct zone *z;
2852                 bool has_pcps = false;
2853
2854                 if (zone) {
2855                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2856                         if (pcp->pcp.count)
2857                                 has_pcps = true;
2858                 } else {
2859                         for_each_populated_zone(z) {
2860                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2861                                 if (pcp->pcp.count) {
2862                                         has_pcps = true;
2863                                         break;
2864                                 }
2865                         }
2866                 }
2867
2868                 if (has_pcps)
2869                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2870                 else
2871                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2872         }
2873
2874         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2875                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2876
2877                 drain->zone = zone;
2878                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
2879                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
2880         }
2881         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2882                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
2883
2884         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2885 }
2886
2887 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2888
2889 /*
2890  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2891  */
2892 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2893
2894 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2895 {
2896         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2897         unsigned long flags;
2898         unsigned int order, t;
2899         struct page *page;
2900
2901         if (zone_is_empty(zone))
2902                 return;
2903
2904         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2905
2906         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2907         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2908                 if (pfn_valid(pfn)) {
2909                         page = pfn_to_page(pfn);
2910
2911                         if (!--page_count) {
2912                                 touch_nmi_watchdog();
2913                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2914                         }
2915
2916                         if (page_zone(page) != zone)
2917                                 continue;
2918
2919                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2920                                 swsusp_unset_page_free(page);
2921                 }
2922
2923         for_each_migratetype_order(order, t) {
2924                 list_for_each_entry(page,
2925                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2926                         unsigned long i;
2927
2928                         pfn = page_to_pfn(page);
2929                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2930                                 if (!--page_count) {
2931                                         touch_nmi_watchdog();
2932                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2933                                 }
2934                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2935                         }
2936                 }
2937         }
2938         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2939 }
2940 #endif /* CONFIG_PM */
2941
2942 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
2943 {
2944         int migratetype;
2945
2946         if (!free_pcp_prepare(page))
2947                 return false;
2948
2949         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2950         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2951         return true;
2952 }
2953
2954 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
2955 {
2956         struct zone *zone = page_zone(page);
2957         struct per_cpu_pages *pcp;
2958         int migratetype;
2959
2960         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2961         __count_vm_event(PGFREE);
2962
2963         /*
2964          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2965          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2966          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2967          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2968          * excessively into the page allocator
2969          */
2970         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2971                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2972                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2973                         return;
2974                 }
2975                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2976         }
2977
2978         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2979         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2980         pcp->count++;
2981         if (pcp->count >= pcp->high) {
2982                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2983                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2984         }
2985 }
2986
2987 /*
2988  * Free a 0-order page
2989  */
2990 void free_unref_page(struct page *page)
2991 {
2992         unsigned long flags;
2993         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2994
2995         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2996                 return;
2997
2998         local_irq_save(flags);
2999         free_unref_page_commit(page, pfn);
3000         local_irq_restore(flags);
3001 }
3002
3003 /*
3004  * Free a list of 0-order pages
3005  */
3006 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3007 {
3008         struct page *page, *next;
3009         unsigned long flags, pfn;
3010         int batch_count = 0;
3011
3012         /* Prepare pages for freeing */
3013         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3014                 pfn = page_to_pfn(page);
3015                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3016                         list_del(&page->lru);
3017                 set_page_private(page, pfn);
3018         }
3019
3020         local_irq_save(flags);
3021         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3022                 unsigned long pfn = page_private(page);
3023
3024                 set_page_private(page, 0);
3025                 trace_mm_page_free_batched(page);
3026                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3027
3028                 /*
3029                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3030                  * a large list of pages to free.
3031                  */
3032                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3033                         local_irq_restore(flags);
3034                         batch_count = 0;
3035                         local_irq_save(flags);
3036                 }
3037         }
3038         local_irq_restore(flags);
3039 }
3040
3041 /*
3042  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3043  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3044  * Each sub-page must be freed individually.
3045  *
3046  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3047  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3048  */
3049 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3050 {
3051         int i;
3052
3053         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3054         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3055
3056         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3057                 set_page_refcounted(page + i);
3058         split_page_owner(page, order);
3059 }
3060 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3061
3062 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3063 {
3064         struct free_area *area = &page_zone(page)->free_area[order];
3065         unsigned long watermark;
3066         struct zone *zone;
3067         int mt;
3068
3069         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3070
3071         zone = page_zone(page);
3072         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3073
3074         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3075                 /*
3076                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3077                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3078                  * watermark, because we already know our high-order page
3079                  * exists.
3080                  */
3081                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3082                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3083                         return 0;
3084
3085                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3086         }
3087
3088         /* Remove page from free list */
3089
3090         del_page_from_free_area(page, area);
3091
3092         /*
3093          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3094          * pageblock
3095          */
3096         if (order >= pageblock_order - 1) {
3097                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3098                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3099                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3100                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3101                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3102                                 set_pageblock_migratetype(page,
3103                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3104                 }
3105         }
3106
3107
3108         return 1UL << order;
3109 }
3110
3111 /*
3112  * Update NUMA hit/miss statistics
3113  *
3114  * Must be called with interrupts disabled.
3115  */
3116 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3117 {
3118 #ifdef CONFIG_NUMA
3119         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3120
3121         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3122         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3123                 return;
3124
3125         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3126                 local_stat = NUMA_OTHER;
3127
3128         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3129                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3130         else {
3131                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3132                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3133         }
3134         __inc_numa_state(z, local_stat);
3135 #endif
3136 }
3137
3138 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3139 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3140                         unsigned int alloc_flags,
3141                         struct per_cpu_pages *pcp,
3142                         struct list_head *list)
3143 {
3144         struct page *page;
3145
3146         do {
3147                 if (list_empty(list)) {
3148                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3149                                         pcp->batch, list,
3150                                         migratetype, alloc_flags);
3151                         if (unlikely(list_empty(list)))
3152                                 return NULL;
3153                 }
3154
3155                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3156                 list_del(&page->lru);
3157                 pcp->count--;
3158         } while (check_new_pcp(page));
3159
3160         return page;
3161 }
3162
3163 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3164 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3165                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3166                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3167 {
3168         struct per_cpu_pages *pcp;
3169         struct list_head *list;
3170         struct page *page;
3171         unsigned long flags;
3172
3173         local_irq_save(flags);
3174         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3175         list = &pcp->lists[migratetype];
3176         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3177         if (page) {
3178                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3179                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3180         }
3181         local_irq_restore(flags);
3182         return page;
3183 }
3184
3185 /*
3186  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3187  */
3188 static inline
3189 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3190                         struct zone *zone, unsigned int order,
3191                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3192                         int migratetype)
3193 {
3194         unsigned long flags;
3195         struct page *page;
3196
3197         if (likely(order == 0)) {
3198                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3199                                         migratetype, alloc_flags);
3200                 goto out;
3201         }
3202
3203         /*
3204          * We most definitely don't want callers attempting to
3205          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3206          */
3207         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3208         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3209
3210         do {
3211                 page = NULL;
3212                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3213                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3214                         if (page)
3215                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3216                 }
3217                 if (!page)
3218                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3219         } while (page && check_new_pages(page, order));
3220         spin_unlock(&zone->lock);
3221         if (!page)
3222                 goto failed;
3223         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3224                                   get_pcppage_migratetype(page));
3225
3226         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3227         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3228         local_irq_restore(flags);
3229
3230 out:
3231         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3232         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3233                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3234                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3235         }
3236
3237         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3238         return page;
3239
3240 failed:
3241         local_irq_restore(flags);
3242         return NULL;
3243 }
3244
3245 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3246
3247 static struct {
3248         struct fault_attr attr;
3249
3250         bool ignore_gfp_highmem;
3251         bool ignore_gfp_reclaim;
3252         u32 min_order;
3253 } fail_page_alloc = {
3254         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3255         .ignore_gfp_reclaim = true,
3256         .ignore_gfp_highmem = true,
3257         .min_order = 1,
3258 };
3259
3260 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3261 {
3262         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3263 }
3264 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3265
3266 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3267 {
3268         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3269                 return false;
3270         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3271                 return false;
3272         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3273                 return false;
3274         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3275                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3276                 return false;
3277
3278         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3279 }
3280
3281 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3282
3283 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3284 {
3285         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3286         struct dentry *dir;
3287
3288         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3289                                         &fail_page_alloc.attr);
3290
3291         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3292                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3293         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3294                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3295         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3296
3297         return 0;
3298 }
3299
3300 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3301
3302 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3303
3304 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3305
3306 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3307 {
3308         return false;
3309 }
3310
3311 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3312
3313 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3314 {
3315         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3316 }
3317 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3318
3319 /*
3320  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3321  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3322  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3323  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3324  */
3325 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3326                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3327                          long free_pages)
3328 {
3329         long min = mark;
3330         int o;
3331         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3332
3333         /* free_pages may go negative - that's OK */
3334         free_pages -= (1 << order) - 1;
3335
3336         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3337                 min -= min / 2;
3338
3339         /*
3340          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3341          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3342          * atomic reserve but it avoids a search.
3343          */
3344         if (likely(!alloc_harder)) {
3345                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3346         } else {
3347                 /*
3348                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3349                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3350                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3351                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3352                  */
3353                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3354                         min -= min / 2;
3355                 else
3356                         min -= min / 4;
3357         }
3358
3359
3360 #ifdef CONFIG_CMA
3361         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3362         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3363                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3364 #endif
3365
3366         /*
3367          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3368          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3369          * even if a suitable page happened to be free.
3370          */
3371         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3372                 return false;
3373
3374         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3375         if (!order)
3376                 return true;
3377
3378         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3379         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3380                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3381                 int mt;
3382
3383                 if (!area->nr_free)
3384                         continue;
3385
3386                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3387                         if (!free_area_empty(area, mt))
3388                                 return true;
3389                 }
3390
3391 #ifdef CONFIG_CMA
3392                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3393                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3394                         return true;
3395                 }
3396 #endif
3397                 if (alloc_harder &&
3398                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3399                         return true;
3400         }
3401         return false;
3402 }
3403
3404 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3405                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3406 {
3407         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3408                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3409 }
3410
3411 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3412                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3413 {
3414         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3415         long cma_pages = 0;
3416
3417 #ifdef CONFIG_CMA
3418         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3419         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3420                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3421 #endif
3422
3423         /*
3424          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3425          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3426          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3427          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3428          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3429          */
3430         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3431                 return true;
3432
3433         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3434                                         free_pages);
3435 }
3436
3437 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3438                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3439 {
3440         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3441
3442         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3443                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3444
3445         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3446                                                                 free_pages);
3447 }
3448
3449 #ifdef CONFIG_NUMA
3450 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3451 {
3452         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3453                                 RECLAIM_DISTANCE;
3454 }
3455 #else   /* CONFIG_NUMA */
3456 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3457 {
3458         return true;
3459 }
3460 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3461
3462 /*
3463  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3464  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3465  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3466  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3467  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3468  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3469  */
3470 static inline unsigned int
3471 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3472 {
3473         unsigned int alloc_flags = 0;
3474
3475         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3476                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
3477
3478 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3479         if (!zone)
3480                 return alloc_flags;
3481
3482         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3483                 return alloc_flags;
3484
3485         /*
3486          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3487          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3488          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3489          */
3490         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3491         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3492                 return alloc_flags;
3493
3494         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3495 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3496         return alloc_flags;
3497 }
3498
3499 /*
3500  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3501  * a page.
3502  */
3503 static struct page *
3504 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3505                                                 const struct alloc_context *ac)
3506 {
3507         struct zoneref *z;
3508         struct zone *zone;
3509         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3510         bool no_fallback;
3511
3512 retry:
3513         /*
3514          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3515          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3516          */
3517         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3518         z = ac->preferred_zoneref;
3519         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3520                                                                 ac->nodemask) {
3521                 struct page *page;
3522                 unsigned long mark;
3523
3524                 if (cpusets_enabled() &&
3525                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3526                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3527                                 continue;
3528                 /*
3529                  * When allocating a page cache page for writing, we
3530                  * want to get it from a node that is within its dirty
3531                  * limit, such that no single node holds more than its
3532                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3533                  * The dirty limits take into account the node's
3534                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3535                  * should be able to balance it without having to
3536                  * write pages from its LRU list.
3537                  *
3538                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3539                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3540                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3541                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3542                  * nodes are together not big enough to reach the
3543                  * global limit.  The proper fix for these situations
3544                  * will require awareness of nodes in the
3545                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3546                  */
3547                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3548                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3549                                 continue;
3550
3551                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3552                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3553                                 continue;
3554                         }
3555                 }
3556
3557                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3558                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3559                         int local_nid;
3560
3561                         /*
3562                          * If moving to a remote node, retry but allow
3563                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3564                          * than fragmentation avoidance.
3565                          */
3566                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3567                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3568                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3569                                 goto retry;
3570                         }
3571                 }
3572
3573                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3574                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3575                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3576                         int ret;
3577
3578 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3579                         /*
3580                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3581                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3582                          */
3583                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3584                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3585                                         goto try_this_zone;
3586                         }
3587 #endif
3588                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3589                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3590                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3591                                 goto try_this_zone;
3592
3593                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3594                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3595                                 continue;
3596
3597                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3598                         switch (ret) {
3599                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3600                                 /* did not scan */
3601                                 continue;
3602                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3603                                 /* scanned but unreclaimable */
3604                                 continue;
3605                         default:
3606                                 /* did we reclaim enough */
3607                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3608                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3609                                         goto try_this_zone;
3610
3611                                 continue;
3612                         }
3613                 }
3614
3615 try_this_zone:
3616                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3617                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3618                 if (page) {
3619                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3620
3621                         /*
3622                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3623                          * if the pageblock should be reserved for the future
3624                          */
3625                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3626                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3627
3628                         return page;
3629                 } else {
3630 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3631                         /* Try again if zone has deferred pages */
3632                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3633                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3634                                         goto try_this_zone;
3635                         }
3636 #endif
3637                 }
3638         }
3639
3640         /*
3641          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3642          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3643          */
3644         if (no_fallback) {
3645                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3646                 goto retry;
3647         }
3648
3649         return NULL;
3650 }
3651
3652 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3653 {
3654         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3655         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3656
3657         if (!__ratelimit(&show_mem_rs))
3658                 return;
3659
3660         /*
3661          * This documents exceptions given to allocations in certain
3662          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3663          * of allowed nodes.
3664          */
3665         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3666                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3667                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3668                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3669         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3670                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3671
3672         show_mem(filter, nodemask);
3673 }
3674
3675 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3676 {
3677         struct va_format vaf;
3678         va_list args;
3679         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3680                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3681
3682         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3683                 return;
3684
3685         va_start(args, fmt);
3686         vaf.fmt = fmt;
3687         vaf.va = &args;
3688         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3689                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3690                         nodemask_pr_args(nodemask));
3691         va_end(args);
3692
3693         cpuset_print_current_mems_allowed();
3694         pr_cont("\n");
3695         dump_stack();
3696         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3697 }
3698
3699 static inline struct page *
3700 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3701                               unsigned int alloc_flags,
3702                               const struct alloc_context *ac)
3703 {
3704         struct page *page;
3705
3706         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3707                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3708         /*
3709          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3710          * are depleted
3711          */
3712         if (!page)
3713                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3714                                 alloc_flags, ac);
3715
3716         return page;
3717 }
3718
3719 static inline struct page *
3720 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3721         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3722 {
3723         struct oom_control oc = {
3724                 .zonelist = ac->zonelist,
3725                 .nodemask = ac->nodemask,
3726                 .memcg = NULL,
3727                 .gfp_mask = gfp_mask,
3728                 .order = order,
3729         };
3730         struct page *page;
3731
3732         *did_some_progress = 0;
3733
3734         /*
3735          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3736          * making progress for us.
3737          */
3738         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3739                 *did_some_progress = 1;
3740                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3741                 return NULL;
3742         }
3743
3744         /*
3745          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3746          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3747          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3748          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3749          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3750          */
3751         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3752                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3753                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3754         if (page)
3755                 goto out;
3756
3757         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3758         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3759                 goto out;
3760         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3761         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3762                 goto out;
3763         /*
3764          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3765          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3766          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3767          * fallback than shooting a random task.
3768          */
3769         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3770                 goto out;
3771         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3772         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3773                 goto out;
3774         if (pm_suspended_storage())
3775                 goto out;
3776         /*
3777          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3778          * other request to make a forward progress.
3779          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3780          * do much for this context but let's try it to at least get
3781          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3782          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3783          * failures more gracefully we should just bail out here.
3784          */
3785
3786         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3787         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3788                 goto out;
3789
3790         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3791         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3792                 *did_some_progress = 1;
3793
3794                 /*
3795                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3796                  * reserves
3797                  */
3798                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3799                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3800                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3801         }
3802 out:
3803         mutex_unlock(&oom_lock);
3804         return page;
3805 }
3806
3807 /*
3808  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3809  * killer is consider as the only way to move forward.
3810  */
3811 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3812
3813 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3814 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3815 static struct page *
3816 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3817                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3818                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3819 {
3820         struct page *page = NULL;
3821         unsigned long pflags;
3822         unsigned int noreclaim_flag;
3823
3824         if (!order)
3825                 return NULL;
3826
3827         psi_memstall_enter(&pflags);
3828         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3829
3830         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3831                                                                 prio, &page);
3832
3833         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3834         psi_memstall_leave(&pflags);
3835
3836         /*
3837          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3838          * count a compaction stall
3839          */
3840         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3841
3842         /* Prep a captured page if available */
3843         if (page)
3844                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3845
3846         /* Try get a page from the freelist if available */
3847         if (!page)
3848                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3849
3850         if (page) {
3851                 struct zone *zone = page_zone(page);
3852
3853                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3854                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3855                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3856                 return page;
3857         }
3858
3859         /*
3860          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3861          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3862          */
3863         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3864
3865         cond_resched();
3866
3867         return NULL;
3868 }
3869
3870 static inline bool
3871 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3872                      enum compact_result compact_result,
3873                      enum compact_priority *compact_priority,
3874                      int *compaction_retries)
3875 {
3876         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3877         int min_priority;
3878         bool ret = false;
3879         int retries = *compaction_retries;
3880         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3881
3882         if (!order)
3883                 return false;
3884
3885         if (compaction_made_progress(compact_result))
3886                 (*compaction_retries)++;
3887
3888         /*
3889          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3890          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3891          * failure could be caused by insufficient priority
3892          */
3893         if (compaction_failed(compact_result))
3894                 goto check_priority;
3895
3896         /*
3897          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3898          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3899          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3900          * compaction.
3901          */
3902         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3903                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3904                 goto out;
3905         }
3906
3907         /*
3908          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3909          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3910          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3911          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3912          * would need much more detailed feedback from compaction to
3913          * make a better decision.
3914          */
3915         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3916                 max_retries /= 4;
3917         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3918                 ret = true;
3919                 goto out;
3920         }
3921
3922         /*
3923          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3924          * all retries or failed at the lower priorities.
3925          */
3926 check_priority:
3927         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3928                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3929
3930         if (*compact_priority > min_priority) {
3931                 (*compact_priority)--;
3932                 *compaction_retries = 0;
3933                 ret = true;
3934         }
3935 out:
3936         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3937         return ret;
3938 }
3939 #else
3940 static inline struct page *
3941 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3942                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3943                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3944 {
3945         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3946         return NULL;
3947 }
3948
3949 static inline bool
3950 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3951                      enum compact_result compact_result,
3952                      enum compact_priority *compact_priority,
3953                      int *compaction_retries)
3954 {
3955         struct zone *zone;
3956         struct zoneref *z;
3957
3958         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3959                 return false;
3960
3961         /*
3962          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3963          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3964          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3965          * watermarks are OK.
3966          */
3967         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3968                                         ac->nodemask) {
3969                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3970                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3971                         return true;
3972         }
3973         return false;
3974 }
3975 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3976
3977 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3978 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3979         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3980
3981 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3982 {
3983         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3984
3985         /* no reclaim without waiting on it */
3986         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3987                 return false;
3988
3989         /* this guy won't enter reclaim */
3990         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3991                 return false;
3992
3993         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
3994         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
3995                 return false;
3996
3997         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3998                 return false;
3999
4000         return true;
4001 }
4002
4003 void __fs_reclaim_acquire(void)
4004 {
4005         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4006 }
4007
4008 void __fs_reclaim_release(void)
4009 {
4010         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4011 }
4012
4013 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4014 {
4015         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4016                 __fs_reclaim_acquire();
4017 }
4018 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4019
4020 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4021 {
4022         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4023                 __fs_reclaim_release();
4024 }
4025 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4026 #endif
4027
4028 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4029 static int
4030 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4031                                         const struct alloc_context *ac)
4032 {
4033         struct reclaim_state reclaim_state;
4034         int progress;
4035         unsigned int noreclaim_flag;
4036         unsigned long pflags;
4037
4038         cond_resched();
4039
4040         /* We now go into synchronous reclaim */
4041         cpuset_memory_pressure_bump();
4042         psi_memstall_enter(&pflags);
4043         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4044         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4045         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
4046         current->reclaim_state = &reclaim_state;
4047
4048         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4049                                                                 ac->nodemask);
4050
4051         current->reclaim_state = NULL;
4052         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4053         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4054         psi_memstall_leave(&pflags);
4055
4056         cond_resched();
4057
4058         return progress;
4059 }
4060
4061 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4062 static inline struct page *
4063 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4064                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4065                 unsigned long *did_some_progress)
4066 {
4067         struct page *page = NULL;
4068         bool drained = false;
4069
4070         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4071         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4072                 return NULL;
4073
4074 retry:
4075         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4076
4077         /*
4078          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4079          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4080          * Shrink them them and try again
4081          */
4082         if (!page && !drained) {
4083                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4084                 drain_all_pages(NULL);
4085                 drained = true;
4086                 goto retry;
4087         }
4088
4089         return page;
4090 }
4091
4092 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4093                              const struct alloc_context *ac)
4094 {
4095         struct zoneref *z;
4096         struct zone *zone;
4097         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4098         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
4099
4100         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
4101                                         ac->nodemask) {
4102                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4103                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
4104                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4105         }
4106 }
4107
4108 static inline unsigned int
4109 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4110 {
4111         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4112
4113         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
4114         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4115
4116         /*
4117          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4118          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4119          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4120          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4121          */
4122         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
4123
4124         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4125                 /*
4126                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4127                  * if it can't schedule.
4128                  */
4129                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4130                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4131                 /*
4132                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4133                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4134                  */
4135                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4136         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4137                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4138
4139         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4140                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
4141
4142 #ifdef CONFIG_CMA
4143         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4144                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4145 #endif
4146         return alloc_flags;
4147 }
4148
4149 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4150 {
4151         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4152                 return false;
4153
4154         /*
4155          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4156          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4157          */
4158         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4159                 return false;
4160
4161         return true;
4162 }
4163
4164 /*
4165  * Distinguish requests which really need access to full memory
4166  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4167  */
4168 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4169 {
4170         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4171                 return 0;
4172         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4173                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4174         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4175                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4176         if (!in_interrupt()) {
4177                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4178                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4179                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4180                         return ALLOC_OOM;
4181         }
4182
4183         return 0;
4184 }
4185
4186 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4187 {
4188         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4189 }
4190
4191 /*
4192  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4193  * for the given allocation request.
4194  *
4195  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4196  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4197  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4198  *
4199  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4200  */
4201 static inline bool
4202 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4203                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4204                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4205 {
4206         struct zone *zone;
4207         struct zoneref *z;
4208         bool ret = false;
4209
4210         /*
4211          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4212          * their order will become available due to high fragmentation so
4213          * always increment the no progress counter for them
4214          */
4215         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4216                 *no_progress_loops = 0;
4217         else
4218                 (*no_progress_loops)++;
4219
4220         /*
4221          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4222          * several times in the row.
4223          */
4224         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4225                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4226                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4227         }
4228
4229         /*
4230          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4231          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4232          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4233          * screwed and have to go OOM.
4234          */
4235         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4236                                         ac->nodemask) {
4237                 unsigned long available;
4238                 unsigned long reclaimable;
4239                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4240                 bool wmark;
4241
4242                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4243                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4244
4245                 /*
4246                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4247                  * reclaimable pages?
4248                  */
4249                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4250                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
4251                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4252                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4253                 if (wmark) {
4254                         /*
4255                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4256                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4257                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4258                          * prevent from pre mature OOM
4259                          */
4260                         if (!did_some_progress) {
4261                                 unsigned long write_pending;
4262
4263                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4264                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4265
4266                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4267                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4268                                         return true;
4269                                 }
4270                         }
4271
4272                         ret = true;
4273                         goto out;
4274                 }
4275         }
4276
4277 out:
4278         /*
4279          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4280          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4281          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4282          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4283          * here rather than calling cond_resched().
4284          */
4285         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4286                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4287         else
4288                 cond_resched();
4289         return ret;
4290 }
4291
4292 static inline bool
4293 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4294 {
4295         /*
4296          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4297          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4298          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4299          * such a way the check therein was true, and then it became false
4300          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4301          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4302          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4303          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4304          * caller can deal with a violated nodemask.
4305          */
4306         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4307                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4308                 ac->nodemask = NULL;
4309                 return true;
4310         }
4311
4312         /*
4313          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4314          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4315          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4316          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4317          * retry.
4318          */
4319         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4320                 return true;
4321
4322         return false;
4323 }
4324
4325 static inline struct page *
4326 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4327                                                 struct alloc_context *ac)
4328 {
4329         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4330         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4331         struct page *page = NULL;
4332         unsigned int alloc_flags;
4333         unsigned long did_some_progress;
4334         enum compact_priority compact_priority;
4335         enum compact_result compact_result;
4336         int compaction_retries;
4337         int no_progress_loops;
4338         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4339         int reserve_flags;
4340
4341         /*
4342          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4343          * callers that are not in atomic context.
4344          */
4345         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4346                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4347                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4348
4349 retry_cpuset:
4350         compaction_retries = 0;
4351         no_progress_loops = 0;
4352         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4353         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4354
4355         /*
4356          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4357          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4358          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4359          */
4360         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4361
4362         /*
4363          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4364          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4365          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4366          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4367          */
4368         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4369                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4370         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4371                 goto nopage;
4372
4373         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4374                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4375
4376         /*
4377          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4378          * that first
4379          */
4380         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4381         if (page)
4382                 goto got_pg;
4383
4384         /*
4385          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4386          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4387          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4388          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4389          * same migratetype.
4390          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4391          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4392          */
4393         if (can_direct_reclaim &&
4394                         (costly_order ||
4395                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4396                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4397                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4398                                                 alloc_flags, ac,
4399                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4400                                                 &compact_result);
4401                 if (page)
4402                         goto got_pg;
4403
4404                 /*
4405                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4406                  * includes THP page fault allocations
4407                  */
4408                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4409                         /*
4410                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4411                          * it is because sync compaction recently failed. If
4412                          * this is the case and the caller requested a THP
4413                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4414                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4415                          * direct reclaim.
4416                          */
4417                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4418                                 goto nopage;
4419
4420                         /*
4421                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4422                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4423                          * using async compaction.
4424                          */
4425                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4426                 }
4427         }
4428
4429 retry:
4430         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4431         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4432                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4433
4434         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4435         if (reserve_flags)
4436                 alloc_flags = reserve_flags;
4437
4438         /*
4439          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4440          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4441          * user oriented.
4442          */
4443         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4444                 ac->nodemask = NULL;
4445                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4446                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4447         }
4448
4449         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4450         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4451         if (page)
4452                 goto got_pg;
4453
4454         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4455         if (!can_direct_reclaim)
4456                 goto nopage;
4457
4458         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4459         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4460                 goto nopage;
4461
4462         /* Try direct reclaim and then allocating */
4463         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4464                                                         &did_some_progress);
4465         if (page)
4466                 goto got_pg;
4467
4468         /* Try direct compaction and then allocating */
4469         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4470                                         compact_priority, &compact_result);
4471         if (page)
4472                 goto got_pg;
4473
4474         /* Do not loop if specifically requested */
4475         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4476                 goto nopage;
4477
4478         /*
4479          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4480          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4481          */
4482         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4483                 goto nopage;
4484
4485         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4486                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4487                 goto retry;
4488
4489         /*
4490          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4491          * reclaim is not able to make any progress because the current
4492          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4493          * of free memory (see __compaction_suitable)
4494          */
4495         if (did_some_progress > 0 &&
4496                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4497                                 compact_result, &compact_priority,
4498                                 &compaction_retries))
4499                 goto retry;
4500
4501
4502         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4503         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4504                 goto retry_cpuset;
4505
4506         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4507         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4508         if (page)
4509                 goto got_pg;
4510
4511         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4512         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4513             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4514              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4515                 goto nopage;
4516
4517         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4518         if (did_some_progress) {
4519                 no_progress_loops = 0;
4520                 goto retry;
4521         }
4522
4523 nopage:
4524         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4525         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4526                 goto retry_cpuset;
4527
4528         /*
4529          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4530          * we always retry
4531          */
4532         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4533                 /*
4534                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4535                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4536                  */
4537                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4538                         goto fail;
4539
4540                 /*
4541                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4542                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4543                  * for somebody to do a work for us
4544                  */
4545                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4546
4547                 /*
4548                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4549                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4550                  * so that we can identify them and convert them to something
4551                  * else.
4552                  */
4553                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4554
4555                 /*
4556                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4557                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4558                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4559                  * the situation worse
4560                  */
4561                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4562                 if (page)
4563                         goto got_pg;
4564
4565                 cond_resched();
4566                 goto retry;
4567         }
4568 fail:
4569         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4570                         "page allocation failure: order:%u", order);
4571 got_pg:
4572         return page;
4573 }
4574
4575 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4576                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4577                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4578                 unsigned int *alloc_flags)
4579 {
4580         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4581         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4582         ac->nodemask = nodemask;
4583         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4584
4585         if (cpusets_enabled()) {
4586                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4587                 if (!ac->nodemask)
4588                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4589                 else
4590                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4591         }
4592
4593         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4594         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4595
4596         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4597
4598         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4599                 return false;
4600
4601         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4602                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4603
4604         return true;
4605 }
4606
4607 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4608 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4609 {
4610         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4611         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4612
4613         /*
4614          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4615          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4616          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4617          */
4618         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4619                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4620 }
4621
4622 /*
4623  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4624  */
4625 struct page *
4626 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4627                                                         nodemask_t *nodemask)
4628 {
4629         struct page *page;
4630         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4631         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4632         struct alloc_context ac = { };
4633
4634         /*
4635          * There are several places where we assume that the order value is sane
4636          * so bail out early if the request is out of bound.
4637          */
4638         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4639                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4640                 return NULL;
4641         }
4642
4643         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4644         alloc_mask = gfp_mask;
4645         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4646                 return NULL;
4647
4648         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4649
4650         /*
4651          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4652          * memory until all local zones are considered.
4653          */
4654         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4655
4656         /* First allocation attempt */
4657         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4658         if (likely(page))
4659                 goto out;
4660
4661         /*
4662          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4663          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4664          * from a particular context which has been marked by
4665          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4666          */
4667         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4668         ac.spread_dirty_pages = false;
4669
4670         /*
4671          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4672          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4673          */
4674         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4675                 ac.nodemask = nodemask;
4676
4677         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4678
4679 out:
4680         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4681             unlikely(__memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4682                 __free_pages(page, order);
4683                 page = NULL;
4684         }
4685
4686         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4687
4688         return page;
4689 }
4690 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4691
4692 /*
4693  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4694  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4695  * you need to access high mem.
4696  */
4697 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4698 {
4699         struct page *page;
4700
4701         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4702         if (!page)
4703                 return 0;
4704         return (unsigned long) page_address(page);
4705 }
4706 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4707
4708 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4709 {
4710         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4711 }
4712 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4713
4714 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4715 {
4716         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4717                 free_unref_page(page);
4718         else
4719                 __free_pages_ok(page, order);
4720 }
4721
4722 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4723 {
4724         if (put_page_testzero(page))
4725                 free_the_page(page, order);
4726 }
4727 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4728
4729 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4730 {
4731         if (addr != 0) {
4732                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4733                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4734         }
4735 }
4736
4737 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4738
4739 /*
4740  * Page Fragment:
4741  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4742  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4743  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4744  *
4745  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4746  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4747  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4748  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4749  */
4750 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4751                                              gfp_t gfp_mask)
4752 {
4753         struct page *page = NULL;
4754         gfp_t gfp = gfp_mask;
4755
4756 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4757         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4758                     __GFP_NOMEMALLOC;
4759         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4760                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4761         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4762 #endif
4763         if (unlikely(!page))
4764                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4765
4766         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4767
4768         return page;
4769 }
4770
4771 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4772 {
4773         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4774
4775         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4776                 free_the_page(page, compound_order(page));
4777 }
4778 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4779
4780 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4781                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4782 {
4783         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4784         struct page *page;
4785         int offset;
4786
4787         if (unlikely(!nc->va)) {
4788 refill:
4789                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4790                 if (!page)
4791                         return NULL;
4792
4793 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4794                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4795                 size = nc->size;
4796 #endif
4797                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4798                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4799                  */
4800                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4801
4802                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4803                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4804                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4805                 nc->offset = size;
4806         }
4807
4808         offset = nc->offset - fragsz;
4809         if (unlikely(offset < 0)) {
4810                 page = virt_to_page(nc->va);
4811
4812                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4813                         goto refill;
4814
4815 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4816                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4817                 size = nc->size;
4818 #endif
4819                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4820                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4821
4822                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4823                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4824                 offset = size - fragsz;
4825         }
4826
4827         nc->pagecnt_bias--;
4828         nc->offset = offset;
4829
4830         return nc->va + offset;
4831 }
4832 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4833
4834 /*
4835  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4836  */
4837 void page_frag_free(void *addr)
4838 {
4839         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4840
4841         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4842                 free_the_page(page, compound_order(page));
4843 }
4844 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4845
4846 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4847                 size_t size)
4848 {
4849         if (addr) {
4850                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4851                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4852
4853                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4854                 while (used < alloc_end) {
4855                         free_page(used);
4856                         used += PAGE_SIZE;
4857                 }
4858         }
4859         return (void *)addr;
4860 }
4861
4862 /**
4863  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4864  * @size: the number of bytes to allocate
4865  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4866  *
4867  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4868  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4869  * allocate memory in power-of-two pages.
4870  *
4871  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4872  *
4873  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4874  *
4875  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4876  */
4877 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4878 {
4879         unsigned int order = get_order(size);
4880         unsigned long addr;
4881
4882         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4883                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4884
4885         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4886         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4887 }
4888 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4889
4890 /**
4891  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4892  *                         pages on a node.
4893  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4894  * @size: the number of bytes to allocate
4895  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4896  *
4897  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4898  * back.
4899  *
4900  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4901  */
4902 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4903 {
4904         unsigned int order = get_order(size);
4905         struct page *p;
4906
4907         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4908                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4909
4910         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4911         if (!p)
4912                 return NULL;
4913         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4914 }
4915
4916 /**
4917  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4918  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4919  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4920  *
4921  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4922  */
4923 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4924 {
4925         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4926         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4927
4928         while (addr < end) {
4929                 free_page(addr);
4930                 addr += PAGE_SIZE;
4931         }
4932 }
4933 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4934
4935 /**
4936  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4937  * @offset: The zone index of the highest zone
4938  *
4939  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
4940  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4941  * zone, the number of pages is calculated as:
4942  *
4943  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4944  *
4945  * Return: number of pages beyond high watermark.
4946  */
4947 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4948 {
4949         struct zoneref *z;
4950         struct zone *zone;
4951
4952         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4953         unsigned long sum = 0;
4954
4955         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4956
4957         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4958                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
4959                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4960                 if (size > high)
4961                         sum += size - high;
4962         }
4963
4964         return sum;
4965 }
4966
4967 /**
4968  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4969  *
4970  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4971  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4972  *
4973  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
4974  * ZONE_NORMAL.
4975  */
4976 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4977 {
4978         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4979 }
4980 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4981
4982 /**
4983  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4984  *
4985  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4986  * high watermark within all zones.
4987  *
4988  * Return: number of pages beyond high watermark within all zones.
4989  */
4990 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4991 {
4992         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4993 }
4994
4995 static inline void show_node(struct zone *zone)
4996 {
4997         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4998                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4999 }
5000
5001 long si_mem_available(void)
5002 {
5003         long available;
5004         unsigned long pagecache;
5005         unsigned long wmark_low = 0;
5006         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5007         unsigned long reclaimable;
5008         struct zone *zone;
5009         int lru;
5010
5011         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5012                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5013
5014         for_each_zone(zone)
5015                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5016
5017         /*
5018          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5019          * without causing swapping.
5020          */
5021         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5022
5023         /*
5024          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5025          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5026          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5027          */
5028         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5029         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5030         available += pagecache;
5031
5032         /*
5033          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5034          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5035          * low watermark.
5036          */
5037         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
5038                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5039         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5040
5041         if (available < 0)
5042                 available = 0;
5043         return available;
5044 }
5045 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5046
5047 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5048 {
5049         val->totalram = totalram_pages();
5050         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5051         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5052         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5053         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5054         val->freehigh = nr_free_highpages();
5055         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5056 }
5057
5058 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5059
5060 #ifdef CONFIG_NUMA
5061 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5062 {
5063         int zone_type;          /* needs to be signed */
5064         unsigned long managed_pages = 0;
5065         unsigned long managed_highpages = 0;
5066         unsigned long free_highpages = 0;
5067         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5068
5069         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5070                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5071         val->totalram = managed_pages;
5072         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5073         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5074 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5075         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5076                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5077
5078                 if (is_highmem(zone)) {
5079                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5080                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5081                 }
5082         }
5083         val->totalhigh = managed_highpages;
5084         val->freehigh = free_highpages;
5085 #else
5086         val->totalhigh = managed_highpages;
5087         val->freehigh = free_highpages;
5088 #endif
5089         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5090 }
5091 #endif
5092
5093 /*
5094  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5095  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5096  */
5097 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5098 {
5099         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5100                 return false;
5101
5102         /*
5103          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5104          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5105          * have to be precise here.
5106          */
5107         if (!nodemask)
5108                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5109
5110         return !node_isset(nid, *nodemask);
5111 }
5112
5113 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5114
5115 static void show_migration_types(unsigned char type)
5116 {
5117         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5118                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5119                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5120                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5121                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5122 #ifdef CONFIG_CMA
5123                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5124 #endif
5125 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5126                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5127 #endif
5128         };
5129         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5130         char *p = tmp;
5131         int i;
5132
5133         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5134                 if (type & (1 << i))
5135                         *p++ = types[i];
5136         }
5137
5138         *p = '\0';
5139         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5140 }
5141
5142 /*
5143  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5144  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5145  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5146  *
5147  * Bits in @filter:
5148  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5149  *   cpuset.
5150  */
5151 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5152 {
5153         unsigned long free_pcp = 0;
5154         int cpu;
5155         struct zone *zone;
5156         pg_data_t *pgdat;
5157
5158         for_each_populated_zone(zone) {
5159                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5160                         continue;
5161
5162                 for_each_online_cpu(cpu)
5163                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5164         }
5165
5166         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5167                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5168                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
5169                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5170                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5171                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5172                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5173                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5174                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5175                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5176                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5177                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5178                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5179                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5180                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5181                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
5182                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
5183                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
5184                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5185                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5186                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5187                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5188                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5189                 free_pcp,
5190                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5191
5192         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5193                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5194                         continue;
5195
5196                 printk("Node %d"
5197                         " active_anon:%lukB"
5198                         " inactive_anon:%lukB"
5199                         " active_file:%lukB"
5200                         " inactive_file:%lukB"
5201                         " unevictable:%lukB"
5202                         " isolated(anon):%lukB"
5203                         " isolated(file):%lukB"
5204                         " mapped:%lukB"
5205                         " dirty:%lukB"
5206                         " writeback:%lukB"
5207                         " shmem:%lukB"
5208 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5209                         " shmem_thp: %lukB"
5210                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5211                         " anon_thp: %lukB"
5212 #endif
5213                         " writeback_tmp:%lukB"
5214                         " unstable:%lukB"
5215                         " all_unreclaimable? %s"
5216                         "\n",
5217                         pgdat->node_id,
5218                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5219                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5220                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5221                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5222                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5223                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5224                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5225                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5226                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5227                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5228                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5229 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5230                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5231                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5232                                         * HPAGE_PMD_NR),
5233                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5234 #endif
5235                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5236                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
5237                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5238                                 "yes" : "no");
5239         }
5240
5241         for_each_populated_zone(zone) {
5242                 int i;
5243
5244                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5245                         continue;
5246
5247                 free_pcp = 0;
5248                 for_each_online_cpu(cpu)
5249                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5250
5251                 show_node(zone);
5252                 printk(KERN_CONT
5253                         "%s"
5254                         " free:%lukB"
5255                         " min:%lukB"
5256                         " low:%lukB"
5257                         " high:%lukB"
5258                         " active_anon:%lukB"
5259                         " inactive_anon:%lukB"
5260                         " active_file:%lukB"
5261                         " inactive_file:%lukB"
5262                         " unevictable:%lukB"
5263                         " writepending:%lukB"
5264                         " present:%lukB"
5265                         " managed:%lukB"
5266                         " mlocked:%lukB"
5267                         " kernel_stack:%lukB"
5268                         " pagetables:%lukB"
5269                         " bounce:%lukB"
5270                         " free_pcp:%lukB"
5271                         " local_pcp:%ukB"
5272                         " free_cma:%lukB"
5273                         "\n",
5274                         zone->name,
5275                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5276                         K(min_wmark_pages(zone)),
5277                         K(low_wmark_pages(zone)),
5278                         K(high_wmark_pages(zone)),
5279                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5280                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5281                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5282                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5283                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5284                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5285                         K(zone->present_pages),
5286                         K(zone_managed_pages(zone)),
5287                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5288                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5289                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5290                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5291                         K(free_pcp),
5292                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5293                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5294                 printk("lowmem_reserve[]:");
5295                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5296                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5297                 printk(KERN_CONT "\n");
5298         }
5299
5300         for_each_populated_zone(zone) {
5301                 unsigned int order;
5302                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5303                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5304
5305                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5306                         continue;
5307                 show_node(zone);
5308                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5309
5310                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5311                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5312                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5313                         int type;
5314
5315                         nr[order] = area->nr_free;
5316                         total += nr[order] << order;
5317
5318                         types[order] = 0;
5319                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5320                                 if (!free_area_empty(area, type))
5321                                         types[order] |= 1 << type;
5322                         }
5323                 }
5324                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5325                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5326                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5327                                nr[order], K(1UL) << order);
5328                         if (nr[order])
5329                                 show_migration_types(types[order]);
5330                 }
5331                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5332         }
5333
5334         hugetlb_show_meminfo();
5335
5336         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5337
5338         show_swap_cache_info();
5339 }
5340
5341 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5342 {
5343         zoneref->zone = zone;
5344         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5345 }
5346
5347 /*
5348  * Builds allocation fallback zone lists.
5349  *
5350  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5351  */
5352 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5353 {
5354         struct zone *zone;
5355         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5356         int nr_zones = 0;
5357
5358         do {
5359                 zone_type--;
5360                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5361                 if (managed_zone(zone)) {
5362                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5363                         check_highest_zone(zone_type);
5364                 }
5365         } while (zone_type);
5366
5367         return nr_zones;
5368 }
5369
5370 #ifdef CONFIG_NUMA
5371
5372 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5373 {
5374         /*
5375          * We used to support different zonlists modes but they turned
5376          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5377          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5378          * not fail it silently
5379          */
5380         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5381                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5382                 return -EINVAL;
5383         }
5384         return 0;
5385 }
5386
5387 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5388 {
5389         if (!s)
5390                 return 0;
5391
5392         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5393 }
5394 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5395
5396 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5397
5398 /*
5399  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5400  */
5401 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5402                 void __user *buffer, size_t *length,
5403                 loff_t *ppos)
5404 {
5405         char *str;
5406         int ret;
5407
5408         if (!write)
5409                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5410         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5411         if (IS_ERR(str))
5412                 return PTR_ERR(str);
5413
5414         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5415         kfree(str);
5416         return ret;
5417 }
5418
5419
5420 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5421 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5422
5423 /**
5424  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5425  * @node: node whose fallback list we're appending
5426  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5427  *
5428  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5429  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5430  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5431  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5432  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5433  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5434  * on them otherwise.
5435  *
5436  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5437  */
5438 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5439 {
5440         int n, val;
5441         int min_val = INT_MAX;
5442         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5443         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5444
5445         /* Use the local node if we haven't already */
5446         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5447                 node_set(node, *used_node_mask);
5448                 return node;
5449         }
5450
5451         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5452
5453                 /* Don't want a node to appear more than once */
5454                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5455                         continue;
5456
5457                 /* Use the distance array to find the distance */
5458                 val = node_distance(node, n);
5459
5460                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5461                 val += (n < node);
5462
5463                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5464                 tmp = cpumask_of_node(n);
5465                 if (!cpumask_empty(tmp))
5466                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5467
5468                 /* Slight preference for less loaded node */
5469                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5470                 val += node_load[n];
5471
5472                 if (val < min_val) {
5473                         min_val = val;
5474                         best_node = n;
5475                 }
5476         }
5477
5478         if (best_node >= 0)
5479                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5480
5481         return best_node;
5482 }
5483
5484
5485 /*
5486  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5487  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5488  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5489  */
5490 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5491                 unsigned nr_nodes)
5492 {
5493         struct zoneref *zonerefs;
5494         int i;
5495
5496         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5497
5498         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5499                 int nr_zones;
5500
5501                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5502
5503                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5504                 zonerefs += nr_zones;
5505         }
5506         zonerefs->zone = NULL;
5507         zonerefs->zone_idx = 0;
5508 }
5509
5510 /*
5511  * Build gfp_thisnode zonelists
5512  */
5513 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5514 {
5515         struct zoneref *zonerefs;
5516         int nr_zones;
5517
5518         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5519         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5520         zonerefs += nr_zones;
5521         zonerefs->zone = NULL;
5522         zonerefs->zone_idx = 0;
5523 }
5524
5525 /*
5526  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5527  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5528  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5529  * may still exist in local DMA zone.
5530  */
5531
5532 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5533 {
5534         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5535         int node, load, nr_nodes = 0;
5536         nodemask_t used_mask;
5537         int local_node, prev_node;
5538
5539         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5540         local_node = pgdat->node_id;
5541         load = nr_online_nodes;
5542         prev_node = local_node;
5543         nodes_clear(used_mask);
5544
5545         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5546         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5547                 /*
5548                  * We don't want to pressure a particular node.
5549                  * So adding penalty to the first node in same
5550                  * distance group to make it round-robin.
5551                  */
5552                 if (node_distance(local_node, node) !=
5553                     node_distance(local_node, prev_node))
5554                         node_load[node] = load;
5555
5556                 node_order[nr_nodes++] = node;
5557                 prev_node = node;
5558                 load--;
5559         }
5560
5561         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5562         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5563 }
5564
5565 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5566 /*
5567  * Return node id of node used for "local" allocations.
5568  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5569  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5570  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5571  */
5572 int local_memory_node(int node)
5573 {
5574         struct zoneref *z;
5575
5576         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5577                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5578                                    NULL);
5579         return zone_to_nid(z->zone);
5580 }
5581 #endif
5582
5583 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5584 static void setup_min_slab_ratio(void);
5585 #else   /* CONFIG_NUMA */
5586
5587 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5588 {
5589         int node, local_node;
5590         struct zoneref *zonerefs;
5591         int nr_zones;
5592
5593         local_node = pgdat->node_id;
5594
5595         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5596         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5597         zonerefs += nr_zones;
5598
5599         /*
5600          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5601          * of all the other nodes.
5602          * We don't want to pressure a particular node, so when
5603          * building the zones for node N, we make sure that the
5604          * zones coming right after the local ones are those from
5605          * node N+1 (modulo N)
5606          */
5607         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5608                 if (!node_online(node))
5609                         continue;
5610                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5611                 zonerefs += nr_zones;
5612         }
5613         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5614                 if (!node_online(node))
5615                         continue;
5616                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5617                 zonerefs += nr_zones;
5618         }
5619
5620         zonerefs->zone = NULL;
5621         zonerefs->zone_idx = 0;
5622 }
5623
5624 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5625
5626 /*
5627  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5628  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5629  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5630  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5631  * with interrupts disabled.
5632  *
5633  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5634  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5635  * hotplugged processors.
5636  *
5637  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5638  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5639  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5640  */
5641 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5642 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5643 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5644
5645 static void __build_all_zonelists(void *data)
5646 {
5647         int nid;
5648         int __maybe_unused cpu;
5649         pg_data_t *self = data;
5650         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5651
5652         spin_lock(&lock);
5653
5654 #ifdef CONFIG_NUMA
5655         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5656 #endif
5657
5658         /*
5659          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5660          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5661          */
5662         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5663                 build_zonelists(self);
5664         } else {
5665                 for_each_online_node(nid) {
5666                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5667
5668                         build_zonelists(pgdat);
5669                 }
5670
5671 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5672                 /*
5673                  * We now know the "local memory node" for each node--
5674                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5675                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5676                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5677                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5678                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5679                  */
5680                 for_each_online_cpu(cpu)
5681                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5682 #endif
5683         }
5684
5685         spin_unlock(&lock);
5686 }
5687
5688 static noinline void __init
5689 build_all_zonelists_init(void)
5690 {
5691         int cpu;
5692
5693         __build_all_zonelists(NULL);
5694
5695         /*
5696          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5697          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5698          * each zone will be allocated later when the per cpu
5699          * allocator is available.
5700          *
5701          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5702          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5703          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5704          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5705          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5706          * (a chicken-egg dilemma).
5707          */
5708         for_each_possible_cpu(cpu)
5709                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5710
5711         mminit_verify_zonelist();
5712         cpuset_init_current_mems_allowed();
5713 }
5714
5715 /*
5716  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5717  *
5718  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5719  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5720  */
5721 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5722 {
5723         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5724                 build_all_zonelists_init();
5725         } else {
5726                 __build_all_zonelists(pgdat);
5727                 /* cpuset refresh routine should be here */
5728         }
5729         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5730         /*
5731          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5732          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5733          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5734          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5735          * disabled and enable it later
5736          */
5737         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5738                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5739         else
5740                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5741
5742         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5743                 nr_online_nodes,
5744                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5745                 vm_total_pages);
5746 #ifdef CONFIG_NUMA
5747         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5748 #endif
5749 }
5750
5751 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5752 static bool __meminit
5753 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5754 {
5755 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5756         static struct memblock_region *r;
5757
5758         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5759                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5760                         for_each_memblock(memory, r) {
5761                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5762                                         break;
5763                         }
5764                 }
5765                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5766                     memblock_is_mirror(r)) {
5767                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5768                         return true;
5769                 }
5770         }
5771 #endif
5772         return false;
5773 }
5774
5775 /*
5776  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5777  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5778  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5779  */
5780 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5781                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5782                 struct vmem_altmap *altmap)
5783 {
5784         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5785         struct page *page;
5786
5787         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5788                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5789
5790 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5791         /*
5792          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5793          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5794          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5795          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5796          * the hotplug lock.
5797          */
5798         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5799                 if (!altmap)
5800                         return;
5801
5802                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5803                         start_pfn += altmap->reserve;
5804                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5805         }
5806 #endif
5807
5808         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5809                 /*
5810                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5811                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5812                  */
5813                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5814                         if (!early_pfn_valid(pfn))
5815                                 continue;
5816                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5817                                 continue;
5818                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
5819                                 continue;
5820                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
5821                                 break;
5822                 }
5823
5824                 page = pfn_to_page(pfn);
5825                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5826                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5827                         __SetPageReserved(page);
5828
5829                 /*
5830                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5831                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5832                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5833                  * the address space during boot when many long-lived
5834                  * kernel allocations are made.
5835                  *
5836                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5837                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5838                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5839                  * pfn out of zone.
5840                  */
5841                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5842                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5843                         cond_resched();
5844                 }
5845         }
5846 }
5847
5848 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5849 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
5850                                    unsigned long start_pfn,
5851                                    unsigned long size,
5852                                    struct dev_pagemap *pgmap)
5853 {
5854         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5855         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5856         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
5857         unsigned long start = jiffies;
5858         int nid = pgdat->node_id;
5859
5860         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || !is_dev_zone(zone)))
5861                 return;
5862
5863         /*
5864          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
5865          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
5866          * the end of that region and start processing the device pages.
5867          */
5868         if (pgmap->altmap_valid) {
5869                 struct vmem_altmap *altmap = &pgmap->altmap;
5870
5871                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5872                 size = end_pfn - start_pfn;
5873         }
5874
5875         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5876                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5877
5878                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
5879
5880                 /*
5881                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
5882                  * phase for it to be fully associated with a zone.
5883                  *
5884                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
5885                  * the flag as we are still initializing the pages.
5886                  */
5887                 __SetPageReserved(page);
5888
5889                 /*
5890                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back
5891                  * pointer and hmm_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE
5892                  * page is ever freed or placed on a driver-private list.
5893                  */
5894                 page->pgmap = pgmap;
5895                 page->hmm_data = 0;
5896
5897                 /*
5898                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5899                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5900                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5901                  * the address space during boot when many long-lived
5902                  * kernel allocations are made.
5903                  *
5904                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5905                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5906                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5907                  * pfn out of zone.
5908                  *
5909                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
5910                  * because this is done early in sparse_add_one_section
5911                  */
5912                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5913                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5914                         cond_resched();
5915                 }
5916         }
5917
5918         pr_info("%s initialised, %lu pages in %ums\n", dev_name(pgmap->dev),
5919                 size, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
5920 }
5921
5922 #endif
5923 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5924 {
5925         unsigned int order, t;
5926         for_each_migratetype_order(order, t) {
5927                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5928                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5929         }
5930 }
5931
5932 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
5933                                   unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
5934 {
5935         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, MEMMAP_EARLY, NULL);
5936 }
5937
5938 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5939 {
5940 #ifdef CONFIG_MMU
5941         int batch;
5942
5943         /*
5944          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5945          * size of the zone.
5946          */
5947         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
5948         /* But no more than a meg. */
5949         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
5950                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
5951         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5952         if (batch < 1)
5953                 batch = 1;
5954
5955         /*
5956          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5957          * of 2 value was found to be more likely to have
5958          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5959          *
5960          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5961          * batches of pages, one task can end up with a lot
5962          * of pages of one half of the possible page colors
5963          * and the other with pages of the other colors.
5964          */
5965         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5966
5967         return batch;
5968
5969 #else
5970         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5971          * conditions.
5972          *
5973          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5974          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5975          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5976          *
5977          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5978          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5979          * can be a significant delay between the individual batches being
5980          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5981          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5982          */
5983         return 0;
5984 #endif
5985 }
5986
5987 /*
5988  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5989  * ->batch must never be higher then ->high.
5990  * The following function updates them in a safe manner without read side
5991  * locking.
5992  *
5993  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5994  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5995  *
5996  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5997  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5998  * exist).
5999  */
6000 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6001                 unsigned long batch)
6002 {
6003        /* start with a fail safe value for batch */
6004         pcp->batch = 1;
6005         smp_wmb();
6006
6007        /* Update high, then batch, in order */
6008         pcp->high = high;
6009         smp_wmb();
6010
6011         pcp->batch = batch;
6012 }
6013
6014 /* a companion to pageset_set_high() */
6015 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6016 {
6017         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6018 }
6019
6020 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6021 {
6022         struct per_cpu_pages *pcp;
6023         int migratetype;
6024
6025         memset(p, 0, sizeof(*p));
6026
6027         pcp = &p->pcp;
6028         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6029                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6030 }
6031
6032 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6033 {
6034         pageset_init(p);
6035         pageset_set_batch(p, batch);
6036 }
6037
6038 /*
6039  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6040  * to the value high for the pageset p.
6041  */
6042 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6043                                 unsigned long high)
6044 {
6045         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6046         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6047                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6048
6049         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6050 }
6051
6052 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6053                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6054 {
6055         if (percpu_pagelist_fraction)
6056                 pageset_set_high(pcp,
6057                         (zone_managed_pages(zone) /
6058                                 percpu_pagelist_fraction));
6059         else
6060                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6061 }
6062
6063 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6064 {
6065         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6066
6067         pageset_init(pcp);
6068         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6069 }
6070
6071 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6072 {
6073         int cpu;
6074         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6075         for_each_possible_cpu(cpu)
6076                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6077 }
6078
6079 /*
6080  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6081  * Before this call only boot pagesets were available.
6082  */
6083 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6084 {
6085         struct pglist_data *pgdat;
6086         struct zone *zone;
6087
6088         for_each_populated_zone(zone)
6089                 setup_zone_pageset(zone);
6090
6091         for_each_online_pgdat(pgdat)
6092                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6093                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6094 }
6095
6096 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6097 {
6098         /*
6099          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6100          * relies on the ability of the linker to provide the
6101          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6102          */
6103         zone->pageset = &boot_pageset;
6104
6105         if (populated_zone(zone))
6106                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6107                         zone->name, zone->present_pages,
6108                                          zone_batchsize(zone));
6109 }
6110
6111 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6112                                         unsigned long zone_start_pfn,
6113                                         unsigned long size)
6114 {
6115         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6116         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6117
6118         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6119                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6120
6121         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6122
6123         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6124                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6125                         pgdat->node_id,
6126                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6127                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6128
6129         zone_init_free_lists(zone);
6130         zone->initialized = 1;
6131 }
6132
6133 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6134 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
6135
6136 /*
6137  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
6138  */
6139 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
6140                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
6141 {
6142         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6143         int nid;
6144
6145         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
6146                 return state->last_nid;
6147
6148         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
6149         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
6150                 state->last_start = start_pfn;
6151                 state->last_end = end_pfn;
6152                 state->last_nid = nid;
6153         }
6154
6155         return nid;
6156 }
6157 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
6158
6159 /**
6160  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
6161  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
6162  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
6163  *
6164  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
6165  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
6166  * memblock_free_early_nid() manually.
6167  */
6168 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
6169 {
6170         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6171         int i, this_nid;
6172
6173         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
6174                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
6175                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
6176
6177                 if (start_pfn < end_pfn)
6178                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
6179                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
6180                                         this_nid);
6181         }
6182 }
6183
6184 /**
6185  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
6186  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
6187  *
6188  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
6189  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
6190  */
6191 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
6192 {
6193         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6194         int i, this_nid;
6195
6196         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
6197                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
6198 }
6199
6200 /**
6201  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6202  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6203  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6204  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6205  *
6206  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6207  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6208  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6209  * PFNs will be 0.
6210  */
6211 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6212                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6213 {
6214         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6215         int i;
6216
6217         *start_pfn = -1UL;
6218         *end_pfn = 0;
6219
6220         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6221                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6222                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6223         }
6224
6225         if (*start_pfn == -1UL)
6226                 *start_pfn = 0;
6227 }
6228
6229 /*
6230  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6231  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6232  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6233  */
6234 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6235 {
6236         int zone_index;
6237         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6238                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6239                         continue;
6240
6241                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6242                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6243                         break;
6244         }
6245
6246         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6247         movable_zone = zone_index;
6248 }
6249
6250 /*
6251  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6252  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6253  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6254  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6255  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6256  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6257  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6258  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6259  */
6260 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6261                                         unsigned long zone_type,
6262                                         unsigned long node_start_pfn,
6263                                         unsigned long node_end_pfn,
6264                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6265                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6266 {
6267         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6268         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6269                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6270                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6271                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6272                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6273                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6274
6275                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6276                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6277                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6278                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6279                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6280
6281                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6282                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6283                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6284         }
6285 }
6286
6287 /*
6288  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6289  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6290  */
6291 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6292                                         unsigned long zone_type,
6293                                         unsigned long node_start_pfn,
6294                                         unsigned long node_end_pfn,
6295                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6296                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6297                                         unsigned long *ignored)
6298 {
6299         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6300         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6301         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6302         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6303                 return 0;
6304
6305         /* Get the start and end of the zone */
6306         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6307         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6308         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6309                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6310                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6311
6312         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6313         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6314                 return 0;
6315
6316         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6317         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6318         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6319
6320         /* Return the spanned pages */
6321         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6322 }
6323
6324 /*
6325  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6326  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6327  */
6328 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6329                                 unsigned long range_start_pfn,
6330                                 unsigned long range_end_pfn)
6331 {
6332         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6333         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6334         int i;
6335
6336         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6337                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6338                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6339                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6340         }
6341         return nr_absent;
6342 }
6343
6344 /**
6345  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6346  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6347  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6348  *
6349  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6350  */
6351 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6352                                                         unsigned long end_pfn)
6353 {
6354         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6355 }
6356
6357 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6358 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6359                                         unsigned long zone_type,
6360                                         unsigned long node_start_pfn,
6361                                         unsigned long node_end_pfn,
6362                                         unsigned long *ignored)
6363 {
6364         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6365         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6366         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6367         unsigned long nr_absent;
6368
6369         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6370         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6371                 return 0;
6372
6373         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6374         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6375
6376         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6377                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6378                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6379         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6380
6381         /*
6382          * ZONE_MOVABLE handling.
6383          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6384          * and vice versa.
6385          */
6386         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6387                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6388                 struct memblock_region *r;
6389
6390                 for_each_memblock(memory, r) {
6391                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6392                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6393                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6394                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6395
6396                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6397                             memblock_is_mirror(r))
6398                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6399
6400                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6401                             !memblock_is_mirror(r))
6402                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6403                 }
6404         }
6405
6406         return nr_absent;
6407 }
6408
6409 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6410 static inline unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6411                                         unsigned long zone_type,
6412                                         unsigned long node_start_pfn,
6413                                         unsigned long node_end_pfn,
6414                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6415                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6416                                         unsigned long *zones_size)
6417 {
6418         unsigned int zone;
6419
6420         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6421         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6422                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6423
6424         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6425
6426         return zones_size[zone_type];
6427 }
6428
6429 static inline unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6430                                                 unsigned long zone_type,
6431                                                 unsigned long node_start_pfn,
6432                                                 unsigned long node_end_pfn,
6433                                                 unsigned long *zholes_size)
6434 {
6435         if (!zholes_size)
6436                 return 0;
6437
6438         return zholes_size[zone_type];
6439 }
6440
6441 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6442
6443 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6444                                                 unsigned long node_start_pfn,
6445                                                 unsigned long node_end_pfn,
6446                                                 unsigned long *zones_size,
6447                                                 unsigned long *zholes_size)
6448 {
6449         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6450         enum zone_type i;
6451
6452         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6453                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6454                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6455                 unsigned long size, real_size;
6456
6457                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6458                                                   node_start_pfn,
6459                                                   node_end_pfn,
6460                                                   &zone_start_pfn,
6461                                                   &zone_end_pfn,
6462                                                   zones_size);
6463                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6464                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6465                                                   zholes_size);
6466                 if (size)
6467                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6468                 else
6469                         zone->zone_start_pfn = 0;
6470                 zone->spanned_pages = size;
6471                 zone->present_pages = real_size;
6472
6473                 totalpages += size;
6474                 realtotalpages += real_size;
6475         }
6476
6477         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6478         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6479         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6480                                                         realtotalpages);
6481 }
6482
6483 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6484 /*
6485  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6486  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6487  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6488  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6489  * bytes.
6490  */
6491 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6492 {
6493         unsigned long usemapsize;
6494
6495         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6496         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6497         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6498         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6499         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6500
6501         return usemapsize / 8;
6502 }
6503
6504 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6505                                 struct zone *zone,
6506                                 unsigned long zone_start_pfn,
6507                                 unsigned long zonesize)
6508 {
6509         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6510         zone->pageblock_flags = NULL;
6511         if (usemapsize) {
6512                 zone->pageblock_flags =
6513                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6514                                             pgdat->node_id);
6515                 if (!zone->pageblock_flags)
6516                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6517                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6518         }
6519 }
6520 #else
6521 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6522                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6523 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6524
6525 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6526
6527 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6528 void __init set_pageblock_order(void)
6529 {
6530         unsigned int order;
6531
6532         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6533         if (pageblock_order)
6534                 return;
6535
6536         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6537                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6538         else
6539                 order = MAX_ORDER - 1;
6540
6541         /*
6542          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6543          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6544          * powerpc.
6545          */
6546         pageblock_order = order;
6547 }
6548 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6549
6550 /*
6551  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6552  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6553  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6554  * the kernel config
6555  */
6556 void __init set_pageblock_order(void)
6557 {
6558 }
6559
6560 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6561
6562 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6563                                                 unsigned long present_pages)
6564 {
6565         unsigned long pages = spanned_pages;
6566
6567         /*
6568          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6569          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6570          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6571          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6572          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6573          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6574          */
6575         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6576             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6577                 pages = present_pages;
6578
6579         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6580 }
6581
6582 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6583 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6584 {
6585         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
6586         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
6587         pgdat->split_queue_len = 0;
6588 }
6589 #else
6590 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6591 #endif
6592
6593 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6594 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6595 {
6596         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6597 }
6598 #else
6599 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6600 #endif
6601
6602 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6603 {
6604         pgdat_resize_init(pgdat);
6605
6606         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6607         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6608
6609         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6610         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6611
6612         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6613         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6614         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6615 }
6616
6617 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6618                                                         unsigned long remaining_pages)
6619 {
6620         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6621         zone_set_nid(zone, nid);
6622         zone->name = zone_names[idx];
6623         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6624         spin_lock_init(&zone->lock);
6625         zone_seqlock_init(zone);
6626         zone_pcp_init(zone);
6627 }
6628
6629 /*
6630  * Set up the zone data structures
6631  * - init pgdat internals
6632  * - init all zones belonging to this node
6633  *
6634  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6635  */
6636 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6637 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6638 {
6639         enum zone_type z;
6640         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6641
6642         pgdat_init_internals(pgdat);
6643         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6644                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6645 }
6646 #endif
6647
6648 /*
6649  * Set up the zone data structures:
6650  *   - mark all pages reserved
6651  *   - mark all memory queues empty
6652  *   - clear the memory bitmaps
6653  *
6654  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6655  * NOTE: this function is only called during early init.
6656  */
6657 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6658 {
6659         enum zone_type j;
6660         int nid = pgdat->node_id;
6661
6662         pgdat_init_internals(pgdat);
6663         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6664
6665         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6666                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6667                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6668                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6669
6670                 size = zone->spanned_pages;
6671                 freesize = zone->present_pages;
6672
6673                 /*
6674                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6675                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6676                  * and per-cpu initialisations
6677                  */
6678                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6679                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6680                         if (freesize >= memmap_pages) {
6681                                 freesize -= memmap_pages;
6682                                 if (memmap_pages)
6683                                         printk(KERN_DEBUG
6684                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6685                                                zone_names[j], memmap_pages);
6686                         } else
6687                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6688                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6689                 }
6690
6691                 /* Account for reserved pages */
6692                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6693                         freesize -= dma_reserve;
6694                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6695                                         zone_names[0], dma_reserve);
6696                 }
6697
6698                 if (!is_highmem_idx(j))
6699                         nr_kernel_pages += freesize;
6700                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6701                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6702                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6703                 nr_all_pages += freesize;
6704
6705                 /*
6706                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6707                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6708                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6709                  */
6710                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6711
6712                 if (!size)
6713                         continue;
6714
6715                 set_pageblock_order();
6716                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6717                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6718                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6719         }
6720 }
6721
6722 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6723 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6724 {
6725         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6726         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6727
6728         /* Skip empty nodes */
6729         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6730                 return;
6731
6732         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6733         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6734         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6735         if (!pgdat->node_mem_map) {
6736                 unsigned long size, end;
6737                 struct page *map;
6738
6739                 /*
6740                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6741                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6742                  * for the buddy allocator to function correctly.
6743                  */
6744                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6745                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6746                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6747                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6748                                           pgdat->node_id);
6749                 if (!map)
6750                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6751                               size, pgdat->node_id);
6752                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6753         }
6754         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6755                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6756                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6757 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6758         /*
6759          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6760          */
6761         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6762                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6763 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6764                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6765                         mem_map -= offset;
6766 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6767         }
6768 #endif
6769 }
6770 #else
6771 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6772 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6773
6774 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6775 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6776 {
6777         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6778 }
6779 #else
6780 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6781 #endif
6782
6783 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6784                                    unsigned long node_start_pfn,
6785                                    unsigned long *zholes_size)
6786 {
6787         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6788         unsigned long start_pfn = 0;
6789         unsigned long end_pfn = 0;
6790
6791         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6792         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6793
6794         pgdat->node_id = nid;
6795         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6796         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6797 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6798         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6799         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6800                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6801                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6802 #else
6803         start_pfn = node_start_pfn;
6804 #endif
6805         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6806                                   zones_size, zholes_size);
6807
6808         alloc_node_mem_map(pgdat);
6809         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6810
6811         free_area_init_core(pgdat);
6812 }
6813
6814 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6815 /*
6816  * Zero all valid struct pages in range [spfn, epfn), return number of struct
6817  * pages zeroed
6818  */
6819 static u64 zero_pfn_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6820 {
6821         unsigned long pfn;
6822         u64 pgcnt = 0;
6823
6824         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6825                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6826                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6827                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6828                         continue;
6829                 }
6830                 mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6831                 pgcnt++;
6832         }
6833
6834         return pgcnt;
6835 }
6836
6837 /*
6838  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6839  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6840  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6841  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6842  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6843  *
6844  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6845  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6846  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6847  * layout is manually configured via memmap=.
6848  */
6849 void __init zero_resv_unavail(void)
6850 {
6851         phys_addr_t start, end;
6852         u64 i, pgcnt;
6853         phys_addr_t next = 0;
6854
6855         /*
6856          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6857          */
6858         pgcnt = 0;
6859         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6860                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6861                 if (next < start)
6862                         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), PFN_UP(start));
6863                 next = end;
6864         }
6865         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), max_pfn);
6866
6867         /*
6868          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6869          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6870          */
6871         if (pgcnt)
6872                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
6873 }
6874 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6875
6876 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6877
6878 #if MAX_NUMNODES > 1
6879 /*
6880  * Figure out the number of possible node ids.
6881  */
6882 void __init setup_nr_node_ids(void)
6883 {
6884         unsigned int highest;
6885
6886         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6887         nr_node_ids = highest + 1;
6888 }
6889 #endif
6890
6891 /**
6892  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6893  *
6894  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6895  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6896  * all the nodes.
6897  *
6898  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6899  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6900  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6901  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6902  *
6903  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6904  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6905  * populated node map.
6906  *
6907  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6908  * requirement (single node).
6909  */
6910 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6911 {
6912         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6913         unsigned long start, end, mask;
6914         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
6915         int i, nid;
6916
6917         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6918                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6919                         last_nid = nid;
6920                         last_end = end;
6921                         continue;
6922                 }
6923
6924                 /*
6925                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6926                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6927                  * too coarse to separate the current node from the last.
6928                  */
6929                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6930                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6931                         mask <<= 1;
6932
6933                 /* accumulate all internode masks */
6934                 accl_mask |= mask;
6935         }
6936
6937         /* convert mask to number of pages */
6938         return ~accl_mask + 1;
6939 }
6940
6941 /* Find the lowest pfn for a node */
6942 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6943 {
6944         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6945         unsigned long start_pfn;
6946         int i;
6947
6948         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6949                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6950
6951         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6952                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6953                 return 0;
6954         }
6955
6956         return min_pfn;
6957 }
6958
6959 /**
6960  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6961  *
6962  * Return: the minimum PFN based on information provided via
6963  * memblock_set_node().
6964  */
6965 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6966 {
6967         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6968 }
6969
6970 /*
6971  * early_calculate_totalpages()
6972  * Sum pages in active regions for movable zone.
6973  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6974  */
6975 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6976 {
6977         unsigned long totalpages = 0;
6978         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6979         int i, nid;
6980
6981         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6982                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6983
6984                 totalpages += pages;
6985                 if (pages)
6986                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6987         }
6988         return totalpages;
6989 }
6990
6991 /*
6992  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6993  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6994  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6995  * others
6996  */
6997 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6998 {
6999         int i, nid;
7000         unsigned long usable_startpfn;
7001         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7002         /* save the state before borrow the nodemask */
7003         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7004         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7005         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7006         struct memblock_region *r;
7007
7008         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7009         find_usable_zone_for_movable();
7010
7011         /*
7012          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7013          * options.
7014          */
7015         if (movable_node_is_enabled()) {
7016                 for_each_memblock(memory, r) {
7017                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7018                                 continue;
7019
7020                         nid = r->nid;
7021
7022                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7023                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7024                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7025                                 usable_startpfn;
7026                 }
7027
7028                 goto out2;
7029         }
7030
7031         /*
7032          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7033          */
7034         if (mirrored_kernelcore) {
7035                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7036
7037                 for_each_memblock(memory, r) {
7038                         if (memblock_is_mirror(r))
7039                                 continue;
7040
7041                         nid = r->nid;
7042
7043                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7044
7045                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7046                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7047                                 continue;
7048                         }
7049
7050                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7051                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7052                                 usable_startpfn;
7053                 }
7054
7055                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7056                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
7057
7058                 goto out2;
7059         }
7060
7061         /*
7062          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7063          * amount of necessary memory.
7064          */
7065         if (required_kernelcore_percent)
7066                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7067                                        10000UL;
7068         if (required_movablecore_percent)
7069                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7070                                         10000UL;
7071
7072         /*
7073          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7074          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7075          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7076          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7077          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7078          * what movablecore would have allowed.
7079          */
7080         if (required_movablecore) {
7081                 unsigned long corepages;
7082
7083                 /*
7084                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7085                  * was requested by the user
7086                  */
7087                 required_movablecore =
7088                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7089                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7090                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7091
7092                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7093         }
7094
7095         /*
7096          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7097          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7098          */
7099         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7100                 goto out;
7101
7102         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7103         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7104
7105 restart:
7106         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7107         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7108         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7109                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7110
7111                 /*
7112                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7113                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7114                  * amount of memory for the kernel
7115                  */
7116                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7117                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7118
7119                 /*
7120                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7121                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7122                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7123                  */
7124                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7125
7126                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7127                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7128                         unsigned long size_pages;
7129
7130                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7131                         if (start_pfn >= end_pfn)
7132                                 continue;
7133
7134                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7135                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7136                                 unsigned long kernel_pages;
7137                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7138                                                                 - start_pfn;
7139
7140                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7141                                                         kernelcore_remaining);
7142                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7143                                                         required_kernelcore);
7144
7145                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7146                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7147
7148                                         /*
7149                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7150                                          * that if we have to rebalance
7151                                          * kernelcore across nodes, we will
7152                                          * not double account here
7153                                          */
7154                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7155                                         continue;
7156                                 }
7157                                 start_pfn = usable_startpfn;
7158                         }
7159
7160                         /*
7161                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7162                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7163                          * number of pages used as kernelcore
7164                          */
7165                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7166                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7167                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7168                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7169
7170                         /*
7171                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7172                          * break if the kernelcore for this node has been
7173                          * satisfied
7174                          */
7175                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7176                                                                 size_pages);
7177                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7178                         if (!kernelcore_remaining)
7179                                 break;
7180                 }
7181         }
7182
7183         /*
7184          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7185          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7186          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7187          * satisfied
7188          */
7189         usable_nodes--;
7190         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7191                 goto restart;
7192
7193 out2:
7194         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7195         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7196                 zone_movable_pfn[nid] =
7197                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7198
7199 out:
7200         /* restore the node_state */
7201         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7202 }
7203
7204 /* Any regular or high memory on that node ? */
7205 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7206 {
7207         enum zone_type zone_type;
7208
7209         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7210                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7211                 if (populated_zone(zone)) {
7212                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7213                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7214                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7215                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7216                         break;
7217                 }
7218         }
7219 }
7220
7221 /**
7222  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
7223  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7224  *
7225  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7226  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7227  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7228  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7229  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7230  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7231  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7232  * at arch_max_dma_pfn.
7233  */
7234 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
7235 {
7236         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7237         int i, nid;
7238
7239         /* Record where the zone boundaries are */
7240         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7241                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7242         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7243                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7244
7245         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7246
7247         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7248                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7249                         continue;
7250
7251                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
7252                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
7253                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
7254
7255                 start_pfn = end_pfn;
7256         }
7257
7258         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7259         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7260         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7261
7262         /* Print out the zone ranges */
7263         pr_info("Zone ranges:\n");
7264         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7265                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7266                         continue;
7267                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7268                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7269                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7270                         pr_cont("empty\n");
7271                 else
7272                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7273                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7274                                         << PAGE_SHIFT,
7275                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7276                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7277         }
7278
7279         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7280         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7281         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7282                 if (zone_movable_pfn[i])
7283                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7284                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7285         }
7286
7287         /* Print out the early node map */
7288         pr_info("Early memory node ranges\n");
7289         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
7290                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7291                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7292                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7293
7294         /* Initialise every node */
7295         mminit_verify_pageflags_layout();
7296         setup_nr_node_ids();
7297         zero_resv_unavail();
7298         for_each_online_node(nid) {
7299                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7300                 free_area_init_node(nid, NULL,
7301                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
7302
7303                 /* Any memory on that node */
7304                 if (pgdat->node_present_pages)
7305                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7306                 check_for_memory(pgdat, nid);
7307         }
7308 }
7309
7310 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7311                                      unsigned long *percent)
7312 {
7313         unsigned long long coremem;
7314         char *endptr;
7315
7316         if (!p)
7317                 return -EINVAL;
7318
7319         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7320         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7321         if (*endptr == '%') {
7322                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7323                 WARN_ON(coremem > 100);
7324
7325                 *percent = coremem;
7326         } else {
7327                 coremem = memparse(p, &p);
7328                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7329                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7330
7331                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7332                 *percent = 0UL;
7333         }
7334         return 0;
7335 }
7336
7337 /*
7338  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7339  * cannot be reclaimed or migrated.
7340  */
7341 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7342 {
7343         /* parse kernelcore=mirror */
7344         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7345                 mirrored_kernelcore = true;
7346                 return 0;
7347         }
7348
7349         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7350                                   &required_kernelcore_percent);
7351 }
7352
7353 /*
7354  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7355  * can be reclaimed or migrated.
7356  */
7357 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7358 {
7359         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7360                                   &required_movablecore_percent);
7361 }
7362
7363 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7364 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7365
7366 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
7367
7368 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7369 {
7370         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7371         totalram_pages_add(count);
7372 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7373         if (PageHighMem(page))
7374                 totalhigh_pages_add(count);
7375 #endif
7376 }
7377 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7378
7379 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7380 {
7381         void *pos;
7382         unsigned long pages = 0;
7383
7384         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7385         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7386         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7387                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7388                 void *direct_map_addr;
7389
7390                 /*
7391                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7392                  * because some architectures' virt_to_page()
7393                  * work with aliases.  Getting the direct map
7394                  * address ensures that we get a _writeable_
7395                  * alias for the memset().
7396                  */
7397                 direct_map_addr = page_address(page);
7398                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7399                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7400
7401                 free_reserved_page(page);
7402         }
7403
7404         if (pages && s)
7405                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7406                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7407
7408         return pages;
7409 }
7410
7411 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7412 void free_highmem_page(struct page *page)
7413 {
7414         __free_reserved_page(page);
7415         totalram_pages_inc();
7416         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7417         totalhigh_pages_inc();
7418 }
7419 #endif
7420
7421
7422 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7423 {
7424         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7425         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7426
7427         physpages = get_num_physpages();
7428         codesize = _etext - _stext;
7429         datasize = _edata - _sdata;
7430         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7431         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7432         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7433         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7434
7435         /*
7436          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7437          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7438          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7439          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7440          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7441          */
7442 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7443         do { \
7444                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7445                         size -= adj; \
7446         } while (0)
7447
7448         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7449                      _sinittext, init_code_size);
7450         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7451         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7452         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7453         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7454
7455 #undef  adj_init_size
7456
7457         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7458 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7459                 ", %luK highmem"
7460 #endif
7461                 "%s%s)\n",
7462                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7463                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7464                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7465                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7466                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7467                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7468 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7469                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7470 #endif
7471                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7472 }
7473
7474 /**
7475  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7476  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7477  *
7478  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7479  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7480  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7481  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7482  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7483  * smaller per-cpu batchsize.
7484  */
7485 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7486 {
7487         dma_reserve = new_dma_reserve;
7488 }
7489
7490 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7491 {
7492         zero_resv_unavail();
7493         free_area_init_node(0, zones_size,
7494                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7495 }
7496
7497 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7498 {
7499
7500         lru_add_drain_cpu(cpu);
7501         drain_pages(cpu);
7502
7503         /*
7504          * Spill the event counters of the dead processor
7505          * into the current processors event counters.
7506          * This artificially elevates the count of the current
7507          * processor.
7508          */
7509         vm_events_fold_cpu(cpu);
7510
7511         /*
7512          * Zero the differential counters of the dead processor
7513          * so that the vm statistics are consistent.
7514          *
7515          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7516          * race with what we are doing.
7517          */
7518         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7519         return 0;
7520 }
7521
7522 void __init page_alloc_init(void)
7523 {
7524         int ret;
7525
7526         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7527                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7528                                         page_alloc_cpu_dead);
7529         WARN_ON(ret < 0);
7530 }
7531
7532 /*
7533  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7534  *      or min_free_kbytes changes.
7535  */
7536 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7537 {
7538         struct pglist_data *pgdat;
7539         unsigned long reserve_pages = 0;
7540         enum zone_type i, j;
7541
7542         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7543
7544                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7545
7546                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7547                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7548                         long max = 0;
7549                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7550
7551                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7552                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7553                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7554                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7555                         }
7556
7557                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7558                         max += high_wmark_pages(zone);
7559
7560                         if (max > managed_pages)
7561                                 max = managed_pages;
7562
7563                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7564
7565                         reserve_pages += max;
7566                 }
7567         }
7568         totalreserve_pages = reserve_pages;
7569 }
7570
7571 /*
7572  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7573  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7574  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7575  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7576  */
7577 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7578 {
7579         struct pglist_data *pgdat;
7580         enum zone_type j, idx;
7581
7582         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7583                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7584                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7585                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7586
7587                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7588
7589                         idx = j;
7590                         while (idx) {
7591                                 struct zone *lower_zone;
7592
7593                                 idx--;
7594                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7595
7596                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7597                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7598                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7599                                 } else {
7600                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7601                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7602                                 }
7603                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7604                         }
7605                 }
7606         }
7607
7608         /* update totalreserve_pages */
7609         calculate_totalreserve_pages();
7610 }
7611
7612 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7613 {
7614         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7615         unsigned long lowmem_pages = 0;
7616         struct zone *zone;
7617         unsigned long flags;
7618
7619         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7620         for_each_zone(zone) {
7621                 if (!is_highmem(zone))
7622                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7623         }
7624
7625         for_each_zone(zone) {
7626                 u64 tmp;
7627
7628                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7629                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7630                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7631                 if (is_highmem(zone)) {
7632                         /*
7633                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7634                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7635                          * value here.
7636                          *
7637                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7638                          * deltas control async page reclaim, and so should
7639                          * not be capped for highmem.
7640                          */
7641                         unsigned long min_pages;
7642
7643                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7644                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7645                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7646                 } else {
7647                         /*
7648                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7649                          * proportionate to the zone's size.
7650                          */
7651                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7652                 }
7653
7654                 /*
7655                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7656                  * scale factor in proportion to available memory, but
7657                  * ensure a minimum size on small systems.
7658                  */
7659                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7660                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7661                                       watermark_scale_factor, 10000));
7662
7663                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7664                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7665                 zone->watermark_boost = 0;
7666
7667                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7668         }
7669
7670         /* update totalreserve_pages */
7671         calculate_totalreserve_pages();
7672 }
7673
7674 /**
7675  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7676  * or when memory is hot-{added|removed}
7677  *
7678  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7679  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7680  */
7681 void setup_per_zone_wmarks(void)
7682 {
7683         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7684
7685         spin_lock(&lock);
7686         __setup_per_zone_wmarks();
7687         spin_unlock(&lock);
7688 }
7689
7690 /*
7691  * Initialise min_free_kbytes.
7692  *
7693  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7694  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7695  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7696  *
7697  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7698  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7699  *
7700  * which yields
7701  *
7702  * 16MB:        512k
7703  * 32MB:        724k
7704  * 64MB:        1024k
7705  * 128MB:       1448k
7706  * 256MB:       2048k
7707  * 512MB:       2896k
7708  * 1024MB:      4096k
7709  * 2048MB:      5792k
7710  * 4096MB:      8192k
7711  * 8192MB:      11584k
7712  * 16384MB:     16384k
7713  */
7714 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7715 {
7716         unsigned long lowmem_kbytes;
7717         int new_min_free_kbytes;
7718
7719         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7720         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7721
7722         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7723                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7724                 if (min_free_kbytes < 128)
7725                         min_free_kbytes = 128;
7726                 if (min_free_kbytes > 65536)
7727                         min_free_kbytes = 65536;
7728         } else {
7729                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7730                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7731         }
7732         setup_per_zone_wmarks();
7733         refresh_zone_stat_thresholds();
7734         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7735
7736 #ifdef CONFIG_NUMA
7737         setup_min_unmapped_ratio();
7738         setup_min_slab_ratio();
7739 #endif
7740
7741         return 0;
7742 }
7743 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7744
7745 /*
7746  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7747  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7748  *      changes.
7749  */
7750 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7751         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7752 {
7753         int rc;
7754
7755         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7756         if (rc)
7757                 return rc;
7758
7759         if (write) {
7760                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7761                 setup_per_zone_wmarks();
7762         }
7763         return 0;
7764 }
7765
7766 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7767         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7768 {
7769         int rc;
7770
7771         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7772         if (rc)
7773                 return rc;
7774
7775         return 0;
7776 }
7777
7778 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7779         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7780 {
7781         int rc;
7782
7783         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7784         if (rc)
7785                 return rc;
7786
7787         if (write)
7788                 setup_per_zone_wmarks();
7789
7790         return 0;
7791 }
7792
7793 #ifdef CONFIG_NUMA
7794 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7795 {
7796         pg_data_t *pgdat;
7797         struct zone *zone;
7798
7799         for_each_online_pgdat(pgdat)
7800                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7801
7802         for_each_zone(zone)
7803                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7804                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7805 }
7806
7807
7808 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7809         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7810 {
7811         int rc;
7812
7813         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7814         if (rc)
7815                 return rc;
7816
7817         setup_min_unmapped_ratio();
7818
7819         return 0;
7820 }
7821
7822 static void setup_min_slab_ratio(void)
7823 {
7824         pg_data_t *pgdat;
7825         struct zone *zone;
7826
7827         for_each_online_pgdat(pgdat)
7828                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7829
7830         for_each_zone(zone)
7831                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7832                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7833 }
7834
7835 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7836         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7837 {
7838         int rc;
7839
7840         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7841         if (rc)
7842                 return rc;
7843
7844         setup_min_slab_ratio();
7845
7846         return 0;
7847 }
7848 #endif
7849
7850 /*
7851  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7852  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7853  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7854  *
7855  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7856  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7857  * if in function of the boot time zone sizes.
7858  */
7859 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7860         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7861 {
7862         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7863         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7864         return 0;
7865 }
7866
7867 /*
7868  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7869  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7870  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7871  */
7872 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7873         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7874 {
7875         struct zone *zone;
7876         int old_percpu_pagelist_fraction;
7877         int ret;
7878
7879         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7880         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7881
7882         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7883         if (!write || ret < 0)
7884                 goto out;
7885
7886         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7887         if (percpu_pagelist_fraction &&
7888             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7889                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7890                 ret = -EINVAL;
7891                 goto out;
7892         }
7893
7894         /* No change? */
7895         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7896                 goto out;
7897
7898         for_each_populated_zone(zone) {
7899                 unsigned int cpu;
7900
7901                 for_each_possible_cpu(cpu)
7902                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7903                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7904         }
7905 out:
7906         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7907         return ret;
7908 }
7909
7910 #ifdef CONFIG_NUMA
7911 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7912
7913 static int __init set_hashdist(char *str)
7914 {
7915         if (!str)
7916                 return 0;
7917         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7918         return 1;
7919 }
7920 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7921 #endif
7922
7923 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7924 /*
7925  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7926  * is not known to alloc_large_system_hash().
7927  */
7928 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7929 {
7930         return 0;
7931 }
7932 #endif
7933
7934 /*
7935  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
7936  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
7937  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
7938  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
7939  * only doubles, instead of quadrupling as well.
7940  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
7941  * makes sense, it is disabled on such platforms.
7942  */
7943 #if __BITS_PER_LONG > 32
7944 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
7945 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
7946 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
7947 #endif
7948
7949 /*
7950  * allocate a large system hash table from bootmem
7951  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7952  *   quantity of entries
7953  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7954  */
7955 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7956                                      unsigned long bucketsize,
7957                                      unsigned long numentries,
7958                                      int scale,
7959                                      int flags,
7960                                      unsigned int *_hash_shift,
7961                                      unsigned int *_hash_mask,
7962                                      unsigned long low_limit,
7963                                      unsigned long high_limit)
7964 {
7965         unsigned long long max = high_limit;
7966         unsigned long log2qty, size;
7967         void *table = NULL;
7968         gfp_t gfp_flags;
7969
7970         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7971         if (!numentries) {
7972                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7973                 numentries = nr_kernel_pages;
7974                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7975
7976                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7977                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7978                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7979
7980 #if __BITS_PER_LONG > 32
7981                 if (!high_limit) {
7982                         unsigned long adapt;
7983
7984                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
7985                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
7986                                 scale++;
7987                 }
7988 #endif
7989
7990                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7991                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7992                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7993                 else
7994                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7995
7996                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7997                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7998                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7999                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8000                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8001                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8002                                 BUG_ON(!numentries);
8003                         }
8004                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8005                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8006         }
8007         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8008
8009         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8010         if (max == 0) {
8011                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8012                 do_div(max, bucketsize);
8013         }
8014         max = min(max, 0x80000000ULL);
8015
8016         if (numentries < low_limit)
8017                 numentries = low_limit;
8018         if (numentries > max)
8019                 numentries = max;
8020
8021         log2qty = ilog2(numentries);
8022
8023         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8024         do {
8025                 size = bucketsize << log2qty;
8026                 if (flags & HASH_EARLY) {
8027                         if (flags & HASH_ZERO)
8028                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8029                         else
8030                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8031                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8032                 } else if (hashdist) {
8033                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
8034                 } else {
8035                         /*
8036                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8037                          * some pages at the end of hash table which
8038                          * alloc_pages_exact() automatically does
8039                          */
8040                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
8041                                 table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8042                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8043                         }
8044                 }
8045         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8046
8047         if (!table)
8048                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8049
8050         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
8051                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
8052
8053         if (_hash_shift)
8054                 *_hash_shift = log2qty;
8055         if (_hash_mask)
8056                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8057
8058         return table;
8059 }
8060
8061 /*
8062  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8063  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
8064  *
8065  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8066  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8067  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8068  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8069  */
8070 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
8071                          int migratetype, int flags)
8072 {
8073         unsigned long found;
8074         unsigned long iter = 0;
8075         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8076         const char *reason = "unmovable page";
8077
8078         /*
8079          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8080          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8081          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8082          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8083          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8084          */
8085
8086         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8087                 /*
8088                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8089                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8090                  * so consider them movable here.
8091                  */
8092                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8093                         return false;
8094
8095                 reason = "CMA page";
8096                 goto unmovable;
8097         }
8098
8099         for (found = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8100                 unsigned long check = pfn + iter;
8101
8102                 if (!pfn_valid_within(check))
8103                         continue;
8104
8105                 page = pfn_to_page(check);
8106
8107                 if (PageReserved(page))
8108                         goto unmovable;
8109
8110                 /*
8111                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8112                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8113                  * is movable.
8114                  */
8115                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8116                         continue;
8117
8118                 /*
8119                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8120                  * We need not scan over tail pages because we don't
8121                  * handle each tail page individually in migration.
8122                  */
8123                 if (PageHuge(page)) {
8124                         struct page *head = compound_head(page);
8125                         unsigned int skip_pages;
8126
8127                         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8128                                 goto unmovable;
8129
8130                         skip_pages = (1 << compound_order(head)) - (page - head);
8131                         iter += skip_pages - 1;
8132                         continue;
8133                 }
8134
8135                 /*
8136                  * We can't use page_count without pin a page
8137                  * because another CPU can free compound page.
8138                  * This check already skips compound tails of THP
8139                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8140                  */
8141                 if (!page_ref_count(page)) {
8142                         if (PageBuddy(page))
8143                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8144                         continue;
8145                 }
8146
8147                 /*
8148                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8149                  * page_count() is not 0.
8150                  */
8151                 if ((flags & SKIP_HWPOISON) && PageHWPoison(page))
8152                         continue;
8153
8154                 if (__PageMovable(page))
8155                         continue;
8156
8157                 if (!PageLRU(page))
8158                         found++;
8159                 /*
8160                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8161                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8162                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8163                  */
8164                 /*
8165                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8166                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8167                  *
8168                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8169                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8170                  * page at boot.
8171                  */
8172                 if (found > count)
8173                         goto unmovable;
8174         }
8175         return false;
8176 unmovable:
8177         WARN_ON_ONCE(zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE);
8178         if (flags & REPORT_FAILURE)
8179                 dump_page(pfn_to_page(pfn + iter), reason);
8180         return true;
8181 }
8182
8183 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8184 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8185 {
8186         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8187                              pageblock_nr_pages) - 1);
8188 }
8189
8190 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8191 {
8192         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8193                                 pageblock_nr_pages));
8194 }
8195
8196 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8197 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8198                                         unsigned long start, unsigned long end)
8199 {
8200         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8201         unsigned long nr_reclaimed;
8202         unsigned long pfn = start;
8203         unsigned int tries = 0;
8204         int ret = 0;
8205
8206         migrate_prep();
8207
8208         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8209                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8210                         ret = -EINTR;
8211                         break;
8212                 }
8213
8214                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8215                         cc->nr_migratepages = 0;
8216                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8217                         if (!pfn) {
8218                                 ret = -EINTR;
8219                                 break;
8220                         }
8221                         tries = 0;
8222                 } else if (++tries == 5) {
8223                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8224                         break;
8225                 }
8226
8227                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8228                                                         &cc->migratepages);
8229                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8230
8231                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8232                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8233         }
8234         if (ret < 0) {
8235                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8236                 return ret;
8237         }
8238         return 0;
8239 }
8240
8241 /**
8242  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8243  * @start:      start PFN to allocate
8244  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8245  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8246  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8247  *                      in range must have the same migratetype and it must
8248  *                      be either of the two.
8249  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8250  *
8251  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8252  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8253  *
8254  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8255  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8256  * be modified by others.
8257  *
8258  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8259  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8260  * need to be freed with free_contig_range().
8261  */
8262 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8263                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8264 {
8265         unsigned long outer_start, outer_end;
8266         unsigned int order;
8267         int ret = 0;
8268
8269         struct compact_control cc = {
8270                 .nr_migratepages = 0,
8271                 .order = -1,
8272                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8273                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8274                 .ignore_skip_hint = true,
8275                 .no_set_skip_hint = true,
8276                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8277         };
8278         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8279
8280         /*
8281          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8282          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8283          * have different sizes, and due to the way page allocator
8284          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8285          * that page allocator won't try to merge buddies from
8286          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8287          * other migration type.
8288          *
8289          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8290          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8291          * we are interested in).  This will put all the pages in
8292          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8293          *
8294          * When this is done, we take the pages in range from page
8295          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8296          * page allocator will never consider using them.
8297          *
8298          * This lets us mark the pageblocks back as
8299          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8300          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8301          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8302          */
8303
8304         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8305                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8306         if (ret < 0)
8307                 return ret;
8308
8309         /*
8310          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8311          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8312          * which will report the busy page.
8313          *
8314          * It is possible that busy pages could become available before
8315          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8316          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8317          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8318          */
8319         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8320         if (ret && ret != -EBUSY)
8321                 goto done;
8322         ret =0;
8323
8324         /*
8325          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8326          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8327          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8328          * What we are going to do is to allocate all pages from
8329          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8330          *
8331          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8332          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8333          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8334          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8335          * once this is done free the pages we are not interested in.
8336          *
8337          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8338          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8339          */
8340
8341         lru_add_drain_all();
8342
8343         order = 0;
8344         outer_start = start;
8345         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8346                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8347                         outer_start = start;
8348                         break;
8349                 }
8350                 outer_start &= ~0UL << order;
8351         }
8352
8353         if (outer_start != start) {
8354                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8355
8356                 /*
8357                  * outer_start page could be small order buddy page and
8358                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8359                  * in this case to report failed page properly
8360                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8361                  */
8362                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8363                         outer_start = start;
8364         }
8365
8366         /* Make sure the range is really isolated. */
8367         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
8368                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8369                         __func__, outer_start, end);
8370                 ret = -EBUSY;
8371                 goto done;
8372         }
8373
8374         /* Grab isolated pages from freelists. */
8375         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8376         if (!outer_end) {
8377                 ret = -EBUSY;
8378                 goto done;
8379         }
8380
8381         /* Free head and tail (if any) */
8382         if (start != outer_start)
8383                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8384         if (end != outer_end)
8385                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8386
8387 done:
8388         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8389                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8390         return ret;
8391 }
8392 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8393
8394 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8395 {
8396         unsigned int count = 0;
8397
8398         for (; nr_pages--; pfn++) {
8399                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8400
8401                 count += page_count(page) != 1;
8402                 __free_page(page);
8403         }
8404         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8405 }
8406
8407 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
8408 /*
8409  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8410  * page high values need to be recalulated.
8411  */
8412 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8413 {
8414         unsigned cpu;
8415         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8416         for_each_possible_cpu(cpu)
8417                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8418                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8419         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8420 }
8421 #endif
8422
8423 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8424 {
8425         unsigned long flags;
8426         int cpu;
8427         struct per_cpu_pageset *pset;
8428
8429         /* avoid races with drain_pages()  */
8430         local_irq_save(flags);
8431         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8432                 for_each_online_cpu(cpu) {
8433                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8434                         drain_zonestat(zone, pset);
8435                 }
8436                 free_percpu(zone->pageset);
8437                 zone->pageset = &boot_pageset;
8438         }
8439         local_irq_restore(flags);
8440 }
8441
8442 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8443 /*
8444  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8445  * before calling this.
8446  */
8447 unsigned long
8448 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8449 {
8450         struct page *page;
8451         struct zone *zone;
8452         unsigned int order, i;
8453         unsigned long pfn;
8454         unsigned long flags;
8455         unsigned long offlined_pages = 0;
8456
8457         /* find the first valid pfn */
8458         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8459                 if (pfn_valid(pfn))
8460                         break;
8461         if (pfn == end_pfn)
8462                 return offlined_pages;
8463
8464         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8465         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8466         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8467         pfn = start_pfn;
8468         while (pfn < end_pfn) {
8469                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8470                         pfn++;
8471                         continue;
8472                 }
8473                 page = pfn_to_page(pfn);
8474                 /*
8475                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8476                  * page_count() is not 0.
8477                  */
8478                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8479                         pfn++;
8480                         SetPageReserved(page);
8481                         offlined_pages++;
8482                         continue;
8483                 }
8484
8485                 BUG_ON(page_count(page));
8486                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8487                 order = page_order(page);
8488                 offlined_pages += 1 << order;
8489 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8490                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8491                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8492 #endif
8493                 del_page_from_free_area(page, &zone->free_area[order]);
8494                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
8495                         SetPageReserved((page+i));
8496                 pfn += (1 << order);
8497         }
8498         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8499
8500         return offlined_pages;
8501 }
8502 #endif
8503
8504 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8505 {
8506         struct zone *zone = page_zone(page);
8507         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8508         unsigned long flags;
8509         unsigned int order;
8510
8511         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8512         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8513                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8514
8515                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8516                         break;
8517         }
8518         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8519
8520         return order < MAX_ORDER;
8521 }
8522
8523 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8524 /*
8525  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8526  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8527  * allocation.
8528  */
8529 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8530 {
8531         struct zone *zone = page_zone(page);
8532         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8533         unsigned long flags;
8534         unsigned int order;
8535         bool hwpoisoned = false;
8536
8537         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8538         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8539                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8540
8541                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8542                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8543                                 hwpoisoned = true;
8544                         break;
8545                 }
8546         }
8547         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8548
8549         return hwpoisoned;
8550 }
8551 #endif