mm/page_alloc: explicitly acquire the zone lock in __free_pages_ok
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/mmu_notifier.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 #include <linux/padata.h>
73 #include <linux/khugepaged.h>
74 #include <linux/buffer_head.h>
75 #include <asm/sections.h>
76 #include <asm/tlbflush.h>
77 #include <asm/div64.h>
78 #include "internal.h"
79 #include "shuffle.h"
80 #include "page_reporting.h"
81
82 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
83 typedef int __bitwise fpi_t;
84
85 /* No special request */
86 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
87
88 /*
89  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
90  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
91  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
92  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
93  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
94  * putting it back unmodified.
95  */
96 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
97
98 /*
99  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
100  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
101  * shuffle the whole zone).
102  *
103  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
104  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
105  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
106  *       reporting).
107  */
108 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
109
110 /*
111  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
112  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
113  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
114  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
115  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
116  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
117  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
118  */
119 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
120
121 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
122 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
123 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
124
125 struct pagesets {
126         local_lock_t lock;
127 #if defined(CONFIG_DEBUG_INFO_BTF) &&                           \
128         !defined(CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC) &&                    \
129         !defined(CONFIG_PAHOLE_HAS_ZEROSIZE_PERCPU_SUPPORT)
130         /*
131          * pahole 1.21 and earlier gets confused by zero-sized per-CPU
132          * variables and produces invalid BTF. Ensure that
133          * sizeof(struct pagesets) != 0 for older versions of pahole.
134          */
135         char __pahole_hack;
136         #warning "pahole too old to support zero-sized struct pagesets"
137 #endif
138 };
139 static DEFINE_PER_CPU(struct pagesets, pagesets) = {
140         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
141 };
142
143 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
144 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
145 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
146 #endif
147
148 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
149
150 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
151 /*
152  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
153  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
154  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
155  * defined in <linux/topology.h>.
156  */
157 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
158 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
159 #endif
160
161 /* work_structs for global per-cpu drains */
162 struct pcpu_drain {
163         struct zone *zone;
164         struct work_struct work;
165 };
166 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
167 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
168
169 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
170 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
171 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
172 #endif
173
174 /*
175  * Array of node states.
176  */
177 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
178         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
179         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
180 #ifndef CONFIG_NUMA
181         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
182 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
183         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
184 #endif
185         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
186         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
187 #endif  /* NUMA */
188 };
189 EXPORT_SYMBOL(node_states);
190
191 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
192 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
193 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
194 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
195
196 int percpu_pagelist_fraction;
197 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
198 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
199 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
200
201 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
202 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
203
204 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
205                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
206 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
207 {
208
209         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
210 }
211 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
212
213 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
214                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
215 static int __init early_init_on_free(char *buf)
216 {
217         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
218 }
219 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
220
221 /*
222  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
223  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
224  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
225  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
226  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
227  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
228  */
229 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
230 {
231         return page->index;
232 }
233
234 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
235 {
236         page->index = migratetype;
237 }
238
239 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
240 /*
241  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
242  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
243  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
244  * they should always be called with system_transition_mutex held
245  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
246  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
247  * with that modification).
248  */
249
250 static gfp_t saved_gfp_mask;
251
252 void pm_restore_gfp_mask(void)
253 {
254         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
255         if (saved_gfp_mask) {
256                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
257                 saved_gfp_mask = 0;
258         }
259 }
260
261 void pm_restrict_gfp_mask(void)
262 {
263         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
264         WARN_ON(saved_gfp_mask);
265         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
266         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
267 }
268
269 bool pm_suspended_storage(void)
270 {
271         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
272                 return false;
273         return true;
274 }
275 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
276
277 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
278 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
279 #endif
280
281 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
282                             fpi_t fpi_flags);
283
284 /*
285  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
286  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
287  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
288  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
289  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
290  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
291  *
292  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
293  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
294  */
295 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
296 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
297         [ZONE_DMA] = 256,
298 #endif
299 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
300         [ZONE_DMA32] = 256,
301 #endif
302         [ZONE_NORMAL] = 32,
303 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
304         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
305 #endif
306         [ZONE_MOVABLE] = 0,
307 };
308
309 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
310 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
311          "DMA",
312 #endif
313 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
314          "DMA32",
315 #endif
316          "Normal",
317 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
318          "HighMem",
319 #endif
320          "Movable",
321 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
322          "Device",
323 #endif
324 };
325
326 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
327         "Unmovable",
328         "Movable",
329         "Reclaimable",
330         "HighAtomic",
331 #ifdef CONFIG_CMA
332         "CMA",
333 #endif
334 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
335         "Isolate",
336 #endif
337 };
338
339 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
340         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
341         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
342 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
343         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
344 #endif
345 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
346         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
347 #endif
348 };
349
350 int min_free_kbytes = 1024;
351 int user_min_free_kbytes = -1;
352 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
353 /*
354  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
355  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
356  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
357  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
358  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
359  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
360  * fragmentation avoidance.
361  */
362 int watermark_boost_factor __read_mostly;
363 #else
364 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
365 #endif
366 int watermark_scale_factor = 10;
367
368 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
369 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
370 static unsigned long dma_reserve __initdata;
371
372 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
373 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
374 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
375 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
376 static unsigned long required_movablecore __initdata;
377 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
378 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
379 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
380
381 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
382 int movable_zone;
383 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
384
385 #if MAX_NUMNODES > 1
386 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
387 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
388 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
389 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
390 #endif
391
392 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
393
394 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
395 /*
396  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
397  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
398  * and we can permanently disable that path.
399  */
400 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
401
402 /*
403  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
404  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
405  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
406  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
407  *
408  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
409  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
410  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
411  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
412  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
413  * initialization is done, but this is not likely to happen.
414  */
415 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order,
416                                                 bool init, fpi_t fpi_flags)
417 {
418         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages))
419                 return;
420         if (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
421                         (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON))
422                 return;
423         kasan_free_pages(page, order, init);
424 }
425
426 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
427 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
428 {
429         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
430
431         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
432                 return true;
433
434         return false;
435 }
436
437 /*
438  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
439  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
440  */
441 static bool __meminit
442 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
443 {
444         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
445
446         /*
447          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
448          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
449          */
450         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
451                 prev_end_pfn = end_pfn;
452                 nr_initialised = 0;
453         }
454
455         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
456         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
457                 return false;
458
459         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
460                 return true;
461         /*
462          * We start only with one section of pages, more pages are added as
463          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
464          */
465         nr_initialised++;
466         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
467             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
468                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
469                 return true;
470         }
471         return false;
472 }
473 #else
474 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order,
475                                                 bool init, fpi_t fpi_flags)
476 {
477         if (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
478                         (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON))
479                 return;
480         kasan_free_pages(page, order, init);
481 }
482
483 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
484 {
485         return false;
486 }
487
488 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
489 {
490         return false;
491 }
492 #endif
493
494 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
495 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
496                                                         unsigned long pfn)
497 {
498 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
499         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
500 #else
501         return page_zone(page)->pageblock_flags;
502 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
503 }
504
505 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
506 {
507 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
508         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
509 #else
510         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
511 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
512         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
513 }
514
515 static __always_inline
516 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
517                                         unsigned long pfn,
518                                         unsigned long mask)
519 {
520         unsigned long *bitmap;
521         unsigned long bitidx, word_bitidx;
522         unsigned long word;
523
524         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
525         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
526         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
527         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
528
529         word = bitmap[word_bitidx];
530         return (word >> bitidx) & mask;
531 }
532
533 /**
534  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
535  * @page: The page within the block of interest
536  * @pfn: The target page frame number
537  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
538  *
539  * Return: pageblock_bits flags
540  */
541 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
542                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
543 {
544         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
545 }
546
547 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
548                                         unsigned long pfn)
549 {
550         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
551 }
552
553 /**
554  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
555  * @page: The page within the block of interest
556  * @flags: The flags to set
557  * @pfn: The target page frame number
558  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
559  */
560 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
561                                         unsigned long pfn,
562                                         unsigned long mask)
563 {
564         unsigned long *bitmap;
565         unsigned long bitidx, word_bitidx;
566         unsigned long old_word, word;
567
568         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
569         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
570
571         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
572         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
573         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
574         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
575
576         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
577
578         mask <<= bitidx;
579         flags <<= bitidx;
580
581         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
582         for (;;) {
583                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
584                 if (word == old_word)
585                         break;
586                 word = old_word;
587         }
588 }
589
590 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
591 {
592         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
593                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
594                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
595
596         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
597                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
598 }
599
600 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
601 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
602 {
603         int ret = 0;
604         unsigned seq;
605         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
606         unsigned long sp, start_pfn;
607
608         do {
609                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
610                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
611                 sp = zone->spanned_pages;
612                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
613                         ret = 1;
614         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
615
616         if (ret)
617                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
618                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
619                         start_pfn, start_pfn + sp);
620
621         return ret;
622 }
623
624 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
625 {
626         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
627                 return 0;
628         if (zone != page_zone(page))
629                 return 0;
630
631         return 1;
632 }
633 /*
634  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
635  */
636 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
637 {
638         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
639                 return 1;
640         if (!page_is_consistent(zone, page))
641                 return 1;
642
643         return 0;
644 }
645 #else
646 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
647 {
648         return 0;
649 }
650 #endif
651
652 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
653 {
654         static unsigned long resume;
655         static unsigned long nr_shown;
656         static unsigned long nr_unshown;
657
658         /*
659          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
660          * or allow a steady drip of one report per second.
661          */
662         if (nr_shown == 60) {
663                 if (time_before(jiffies, resume)) {
664                         nr_unshown++;
665                         goto out;
666                 }
667                 if (nr_unshown) {
668                         pr_alert(
669                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
670                                 nr_unshown);
671                         nr_unshown = 0;
672                 }
673                 nr_shown = 0;
674         }
675         if (nr_shown++ == 0)
676                 resume = jiffies + 60 * HZ;
677
678         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
679                 current->comm, page_to_pfn(page));
680         dump_page(page, reason);
681
682         print_modules();
683         dump_stack();
684 out:
685         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
686         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
687         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
688 }
689
690 /*
691  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
692  *
693  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
694  *
695  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
696  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
697  *
698  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
699  * page destructors. See compound_page_dtors.
700  *
701  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
702  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
703  */
704
705 void free_compound_page(struct page *page)
706 {
707         mem_cgroup_uncharge(page);
708         __free_pages_ok(page, compound_order(page), FPI_NONE);
709 }
710
711 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
712 {
713         int i;
714         int nr_pages = 1 << order;
715
716         __SetPageHead(page);
717         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
718                 struct page *p = page + i;
719                 set_page_count(p, 0);
720                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
721                 set_compound_head(p, page);
722         }
723
724         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
725         set_compound_order(page, order);
726         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
727         if (hpage_pincount_available(page))
728                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
729 }
730
731 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
732 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
733
734 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
735                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
736 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
737 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
738 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
739
740 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
741
742 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
743 {
744         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
745 }
746 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
747
748 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
749 {
750         unsigned long res;
751
752         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
753                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
754                 return 0;
755         }
756         _debug_guardpage_minorder = res;
757         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
758         return 0;
759 }
760 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
761
762 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
763                                 unsigned int order, int migratetype)
764 {
765         if (!debug_guardpage_enabled())
766                 return false;
767
768         if (order >= debug_guardpage_minorder())
769                 return false;
770
771         __SetPageGuard(page);
772         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
773         set_page_private(page, order);
774         /* Guard pages are not available for any usage */
775         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
776
777         return true;
778 }
779
780 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
781                                 unsigned int order, int migratetype)
782 {
783         if (!debug_guardpage_enabled())
784                 return;
785
786         __ClearPageGuard(page);
787
788         set_page_private(page, 0);
789         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
790                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
791 }
792 #else
793 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
794                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
795 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
796                                 unsigned int order, int migratetype) {}
797 #endif
798
799 /*
800  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
801  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
802  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
803  * enabled, and then make decisions.
804  */
805 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
806 {
807         bool page_poisoning_requested = false;
808
809 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
810         /*
811          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
812          * either of those options are enabled, enable poisoning.
813          */
814         if (page_poisoning_enabled() ||
815              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
816               debug_pagealloc_enabled())) {
817                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
818                 page_poisoning_requested = true;
819         }
820 #endif
821
822         if (_init_on_alloc_enabled_early) {
823                 if (page_poisoning_requested)
824                         pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
825                                 "will take precedence over init_on_alloc\n");
826                 else
827                         static_branch_enable(&init_on_alloc);
828         }
829         if (_init_on_free_enabled_early) {
830                 if (page_poisoning_requested)
831                         pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
832                                 "will take precedence over init_on_free\n");
833                 else
834                         static_branch_enable(&init_on_free);
835         }
836
837 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
838         if (!debug_pagealloc_enabled())
839                 return;
840
841         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
842
843         if (!debug_guardpage_minorder())
844                 return;
845
846         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
847 #endif
848 }
849
850 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
851 {
852         set_page_private(page, order);
853         __SetPageBuddy(page);
854 }
855
856 /*
857  * This function checks whether a page is free && is the buddy
858  * we can coalesce a page and its buddy if
859  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
860  * (b) the buddy is in the buddy system &&
861  * (c) a page and its buddy have the same order &&
862  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
863  *
864  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
865  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
866  *
867  * For recording page's order, we use page_private(page).
868  */
869 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
870                                                         unsigned int order)
871 {
872         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
873                 return false;
874
875         if (buddy_order(buddy) != order)
876                 return false;
877
878         /*
879          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
880          * zone/node ids for pages that could never merge.
881          */
882         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
883                 return false;
884
885         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
886
887         return true;
888 }
889
890 #ifdef CONFIG_COMPACTION
891 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
892 {
893         struct capture_control *capc = current->capture_control;
894
895         return unlikely(capc) &&
896                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
897                 !capc->page &&
898                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
899 }
900
901 static inline bool
902 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
903                    int order, int migratetype)
904 {
905         if (!capc || order != capc->cc->order)
906                 return false;
907
908         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
909         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
910             is_migrate_isolate(migratetype))
911                 return false;
912
913         /*
914          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
915          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
916          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
917          * have trouble finding a high-order free page.
918          */
919         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
920                 return false;
921
922         capc->page = page;
923         return true;
924 }
925
926 #else
927 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
928 {
929         return NULL;
930 }
931
932 static inline bool
933 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
934                    int order, int migratetype)
935 {
936         return false;
937 }
938 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
939
940 /* Used for pages not on another list */
941 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
942                                     unsigned int order, int migratetype)
943 {
944         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
945
946         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
947         area->nr_free++;
948 }
949
950 /* Used for pages not on another list */
951 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
952                                          unsigned int order, int migratetype)
953 {
954         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
955
956         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
957         area->nr_free++;
958 }
959
960 /*
961  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
962  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
963  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
964  */
965 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
966                                      unsigned int order, int migratetype)
967 {
968         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
969
970         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
971 }
972
973 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
974                                            unsigned int order)
975 {
976         /* clear reported state and update reported page count */
977         if (page_reported(page))
978                 __ClearPageReported(page);
979
980         list_del(&page->lru);
981         __ClearPageBuddy(page);
982         set_page_private(page, 0);
983         zone->free_area[order].nr_free--;
984 }
985
986 /*
987  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
988  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
989  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
990  * that is happening, add the free page to the tail of the list
991  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
992  * as a higher order page
993  */
994 static inline bool
995 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
996                    struct page *page, unsigned int order)
997 {
998         struct page *higher_page, *higher_buddy;
999         unsigned long combined_pfn;
1000
1001         if (order >= MAX_ORDER - 2)
1002                 return false;
1003
1004         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
1005                 return false;
1006
1007         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1008         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
1009         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
1010         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
1011
1012         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
1013                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
1014 }
1015
1016 /*
1017  * Freeing function for a buddy system allocator.
1018  *
1019  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1020  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1021  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1022  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1023  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1024  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1025  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1026  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1027  * parts of the VM system.
1028  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1029  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1030  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1031  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1032  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1033  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1034  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1035  * triggers coalescing into a block of larger size.
1036  *
1037  * -- nyc
1038  */
1039
1040 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1041                 unsigned long pfn,
1042                 struct zone *zone, unsigned int order,
1043                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1044 {
1045         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1046         unsigned long buddy_pfn;
1047         unsigned long combined_pfn;
1048         unsigned int max_order;
1049         struct page *buddy;
1050         bool to_tail;
1051
1052         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER - 1, pageblock_order);
1053
1054         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1055         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1056
1057         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1058         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1059                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1060
1061         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1062         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1063
1064 continue_merging:
1065         while (order < max_order) {
1066                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1067                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1068                                                                 migratetype);
1069                         return;
1070                 }
1071                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1072                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1073
1074                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
1075                         goto done_merging;
1076                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1077                         goto done_merging;
1078                 /*
1079                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1080                  * merge with it and move up one order.
1081                  */
1082                 if (page_is_guard(buddy))
1083                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1084                 else
1085                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1086                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1087                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1088                 pfn = combined_pfn;
1089                 order++;
1090         }
1091         if (order < MAX_ORDER - 1) {
1092                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1093                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1094                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1095                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1096                  *
1097                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1098                  * low-order merging.
1099                  */
1100                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1101                         int buddy_mt;
1102
1103                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1104                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1105                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1106
1107                         if (migratetype != buddy_mt
1108                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1109                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1110                                 goto done_merging;
1111                 }
1112                 max_order = order + 1;
1113                 goto continue_merging;
1114         }
1115
1116 done_merging:
1117         set_buddy_order(page, order);
1118
1119         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1120                 to_tail = true;
1121         else if (is_shuffle_order(order))
1122                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1123         else
1124                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1125
1126         if (to_tail)
1127                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1128         else
1129                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1130
1131         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1132         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1133                 page_reporting_notify_free(order);
1134 }
1135
1136 /*
1137  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1138  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1139  * check if necessary.
1140  */
1141 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1142                                         unsigned long check_flags)
1143 {
1144         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1145                 return false;
1146
1147         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1148                         page_ref_count(page) |
1149 #ifdef CONFIG_MEMCG
1150                         page->memcg_data |
1151 #endif
1152                         (page->flags & check_flags)))
1153                 return false;
1154
1155         return true;
1156 }
1157
1158 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1159 {
1160         const char *bad_reason = NULL;
1161
1162         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1163                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1164         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1165                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1166         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1167                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1168         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1169                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1170                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1171                 else
1172                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1173         }
1174 #ifdef CONFIG_MEMCG
1175         if (unlikely(page->memcg_data))
1176                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1177 #endif
1178         return bad_reason;
1179 }
1180
1181 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1182 {
1183         bad_page(page,
1184                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1185 }
1186
1187 static inline int check_free_page(struct page *page)
1188 {
1189         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1190                 return 0;
1191
1192         /* Something has gone sideways, find it */
1193         check_free_page_bad(page);
1194         return 1;
1195 }
1196
1197 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1198 {
1199         int ret = 1;
1200
1201         /*
1202          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1203          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1204          */
1205         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1206
1207         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1208                 ret = 0;
1209                 goto out;
1210         }
1211         switch (page - head_page) {
1212         case 1:
1213                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1214                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1215                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1216                         goto out;
1217                 }
1218                 break;
1219         case 2:
1220                 /*
1221                  * the second tail page: ->mapping is
1222                  * deferred_list.next -- ignore value.
1223                  */
1224                 break;
1225         default:
1226                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1227                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1228                         goto out;
1229                 }
1230                 break;
1231         }
1232         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1233                 bad_page(page, "PageTail not set");
1234                 goto out;
1235         }
1236         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1237                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1238                 goto out;
1239         }
1240         ret = 0;
1241 out:
1242         page->mapping = NULL;
1243         clear_compound_head(page);
1244         return ret;
1245 }
1246
1247 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1248 {
1249         int i;
1250
1251         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1252         kasan_disable_current();
1253         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1254                 u8 tag = page_kasan_tag(page + i);
1255                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1256                 clear_highpage(page + i);
1257                 page_kasan_tag_set(page + i, tag);
1258         }
1259         kasan_enable_current();
1260 }
1261
1262 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1263                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1264 {
1265         int bad = 0;
1266         bool init;
1267
1268         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1269
1270         trace_mm_page_free(page, order);
1271
1272         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1273                 /*
1274                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1275                  * Untie memcg state and reset page's owner
1276                  */
1277                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1278                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1279                 reset_page_owner(page, order);
1280                 return false;
1281         }
1282
1283         /*
1284          * Check tail pages before head page information is cleared to
1285          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1286          */
1287         if (unlikely(order)) {
1288                 bool compound = PageCompound(page);
1289                 int i;
1290
1291                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1292
1293                 if (compound)
1294                         ClearPageDoubleMap(page);
1295                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1296                         if (compound)
1297                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1298                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1299                                 bad++;
1300                                 continue;
1301                         }
1302                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1303                 }
1304         }
1305         if (PageMappingFlags(page))
1306                 page->mapping = NULL;
1307         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1308                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1309         if (check_free)
1310                 bad += check_free_page(page);
1311         if (bad)
1312                 return false;
1313
1314         page_cpupid_reset_last(page);
1315         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1316         reset_page_owner(page, order);
1317
1318         if (!PageHighMem(page)) {
1319                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1320                                            PAGE_SIZE << order);
1321                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1322                                            PAGE_SIZE << order);
1323         }
1324
1325         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1326
1327         /*
1328          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1329          * kasan_free_pages and kernel_init_free_pages must be
1330          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1331          *
1332          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1333          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1334          */
1335         init = want_init_on_free();
1336         if (init && !kasan_has_integrated_init())
1337                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1338         kasan_free_nondeferred_pages(page, order, init, fpi_flags);
1339
1340         /*
1341          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1342          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1343          * happen after this.
1344          */
1345         arch_free_page(page, order);
1346
1347         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1348
1349         return true;
1350 }
1351
1352 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1353 /*
1354  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1355  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1356  * moved from pcp lists to free lists.
1357  */
1358 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1359 {
1360         return free_pages_prepare(page, 0, true, FPI_NONE);
1361 }
1362
1363 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1364 {
1365         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1366                 return check_free_page(page);
1367         else
1368                 return false;
1369 }
1370 #else
1371 /*
1372  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1373  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1374  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1375  * to the pcp lists.
1376  */
1377 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1378 {
1379         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1380                 return free_pages_prepare(page, 0, true, FPI_NONE);
1381         else
1382                 return free_pages_prepare(page, 0, false, FPI_NONE);
1383 }
1384
1385 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1386 {
1387         return check_free_page(page);
1388 }
1389 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1390
1391 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1392 {
1393         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1394         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1395         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1396
1397         prefetch(buddy);
1398 }
1399
1400 /*
1401  * Frees a number of pages from the PCP lists
1402  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1403  * count is the number of pages to free.
1404  *
1405  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1406  * see if this freeing clears that state.
1407  *
1408  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1409  * pinned" detection logic.
1410  */
1411 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1412                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1413 {
1414         int migratetype = 0;
1415         int batch_free = 0;
1416         int prefetch_nr = READ_ONCE(pcp->batch);
1417         bool isolated_pageblocks;
1418         struct page *page, *tmp;
1419         LIST_HEAD(head);
1420
1421         /*
1422          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1423          * below while (list_empty(list)) loop.
1424          */
1425         count = min(pcp->count, count);
1426         while (count) {
1427                 struct list_head *list;
1428
1429                 /*
1430                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1431                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1432                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1433                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1434                  * lists
1435                  */
1436                 do {
1437                         batch_free++;
1438                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1439                                 migratetype = 0;
1440                         list = &pcp->lists[migratetype];
1441                 } while (list_empty(list));
1442
1443                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1444                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1445                         batch_free = count;
1446
1447                 do {
1448                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1449                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1450                         list_del(&page->lru);
1451                         pcp->count--;
1452
1453                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1454                                 continue;
1455
1456                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1457
1458                         /*
1459                          * We are going to put the page back to the global
1460                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1461                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1462                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1463                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1464                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1465                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1466                          */
1467                         if (prefetch_nr) {
1468                                 prefetch_buddy(page);
1469                                 prefetch_nr--;
1470                         }
1471                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1472         }
1473
1474         /*
1475          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
1476          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
1477          */
1478         spin_lock(&zone->lock);
1479         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1480
1481         /*
1482          * Use safe version since after __free_one_page(),
1483          * page->lru.next will not point to original list.
1484          */
1485         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1486                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1487                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1488                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1489                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1490                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1491                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1492
1493                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt, FPI_NONE);
1494                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1495         }
1496         spin_unlock(&zone->lock);
1497 }
1498
1499 static void free_one_page(struct zone *zone,
1500                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1501                                 unsigned int order,
1502                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1503 {
1504         spin_lock(&zone->lock);
1505         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1506                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1507                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1508         }
1509         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1510         spin_unlock(&zone->lock);
1511 }
1512
1513 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1514                                 unsigned long zone, int nid)
1515 {
1516         mm_zero_struct_page(page);
1517         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1518         init_page_count(page);
1519         page_mapcount_reset(page);
1520         page_cpupid_reset_last(page);
1521         page_kasan_tag_reset(page);
1522
1523         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1524 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1525         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1526         if (!is_highmem_idx(zone))
1527                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1528 #endif
1529 }
1530
1531 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1532 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1533 {
1534         pg_data_t *pgdat;
1535         int nid, zid;
1536
1537         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1538                 return;
1539
1540         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1541         pgdat = NODE_DATA(nid);
1542
1543         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1544                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1545
1546                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1547                         break;
1548         }
1549         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1550 }
1551 #else
1552 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1553 {
1554 }
1555 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1556
1557 /*
1558  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1559  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1560  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1561  * sent to the buddy page allocator.
1562  */
1563 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1564 {
1565         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1566         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1567
1568         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1569                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1570                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1571
1572                         init_reserved_page(start_pfn);
1573
1574                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1575                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1576
1577                         /*
1578                          * no need for atomic set_bit because the struct
1579                          * page is not visible yet so nobody should
1580                          * access it yet.
1581                          */
1582                         __SetPageReserved(page);
1583                 }
1584         }
1585 }
1586
1587 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1588                             fpi_t fpi_flags)
1589 {
1590         unsigned long flags;
1591         int migratetype;
1592         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1593         struct zone *zone = page_zone(page);
1594
1595         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1596                 return;
1597
1598         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1599
1600         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1601         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1602         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1603                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1604                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1605         }
1606         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1607         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1608 }
1609
1610 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1611 {
1612         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1613         struct page *p = page;
1614         unsigned int loop;
1615
1616         /*
1617          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1618          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1619          * refcount of all involved pages to 0.
1620          */
1621         prefetchw(p);
1622         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1623                 prefetchw(p + 1);
1624                 __ClearPageReserved(p);
1625                 set_page_count(p, 0);
1626         }
1627         __ClearPageReserved(p);
1628         set_page_count(p, 0);
1629
1630         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1631
1632         /*
1633          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1634          * relevant for memory onlining.
1635          */
1636         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1637 }
1638
1639 #ifdef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
1640
1641 /*
1642  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1643  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1644  * treats start/end as pfns.
1645  */
1646 struct mminit_pfnnid_cache {
1647         unsigned long last_start;
1648         unsigned long last_end;
1649         int last_nid;
1650 };
1651
1652 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1653
1654 /*
1655  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1656  */
1657 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1658                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1659 {
1660         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1661         int nid;
1662
1663         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1664                 return state->last_nid;
1665
1666         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1667         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1668                 state->last_start = start_pfn;
1669                 state->last_end = end_pfn;
1670                 state->last_nid = nid;
1671         }
1672
1673         return nid;
1674 }
1675
1676 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1677 {
1678         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1679         int nid;
1680
1681         spin_lock(&early_pfn_lock);
1682         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1683         if (nid < 0)
1684                 nid = first_online_node;
1685         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1686
1687         return nid;
1688 }
1689 #endif /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1690
1691 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1692                                                         unsigned int order)
1693 {
1694         if (early_page_uninitialised(pfn))
1695                 return;
1696         __free_pages_core(page, order);
1697 }
1698
1699 /*
1700  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1701  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1702  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1703  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1704  * pageblocks.
1705  *
1706  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1707  *
1708  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1709  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1710  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1711  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1712  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1713  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1714  * page in a pageblock.
1715  */
1716 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1717                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1718 {
1719         struct page *start_page;
1720         struct page *end_page;
1721
1722         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1723         end_pfn--;
1724
1725         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1726                 return NULL;
1727
1728         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1729         if (!start_page)
1730                 return NULL;
1731
1732         if (page_zone(start_page) != zone)
1733                 return NULL;
1734
1735         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1736
1737         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1738         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1739                 return NULL;
1740
1741         return start_page;
1742 }
1743
1744 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1745 {
1746         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1747         unsigned long block_end_pfn;
1748
1749         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1750         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1751                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1752                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1753
1754                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1755
1756                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1757                                              block_end_pfn, zone))
1758                         return;
1759                 cond_resched();
1760         }
1761
1762         /* We confirm that there is no hole */
1763         zone->contiguous = true;
1764 }
1765
1766 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1767 {
1768         zone->contiguous = false;
1769 }
1770
1771 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1772 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1773                                        unsigned long nr_pages)
1774 {
1775         struct page *page;
1776         unsigned long i;
1777
1778         if (!nr_pages)
1779                 return;
1780
1781         page = pfn_to_page(pfn);
1782
1783         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1784         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1785             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1786                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1787                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1788                 return;
1789         }
1790
1791         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1792                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1793                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1794                 __free_pages_core(page, 0);
1795         }
1796 }
1797
1798 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1799 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1800 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1801
1802 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1803 {
1804         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1805                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1806 }
1807
1808 /*
1809  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1810  *
1811  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1812  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1813  * function is optimized out.
1814  *
1815  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1816  * of the head pfn.
1817  */
1818 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1819 {
1820         if (!pfn_valid_within(pfn))
1821                 return false;
1822         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1823                 return false;
1824         return true;
1825 }
1826
1827 /*
1828  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1829  * pageblock_nr_pages sizes.
1830  */
1831 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1832                                        unsigned long end_pfn)
1833 {
1834         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1835         unsigned long nr_free = 0;
1836
1837         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1838                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1839                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1840                         nr_free = 0;
1841                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1842                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1843                         nr_free = 1;
1844                 } else {
1845                         nr_free++;
1846                 }
1847         }
1848         /* Free the last block of pages to allocator */
1849         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1850 }
1851
1852 /*
1853  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1854  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1855  * Return number of pages initialized.
1856  */
1857 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1858                                                  unsigned long pfn,
1859                                                  unsigned long end_pfn)
1860 {
1861         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1862         int nid = zone_to_nid(zone);
1863         unsigned long nr_pages = 0;
1864         int zid = zone_idx(zone);
1865         struct page *page = NULL;
1866
1867         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1868                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1869                         page = NULL;
1870                         continue;
1871                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1872                         page = pfn_to_page(pfn);
1873                 } else {
1874                         page++;
1875                 }
1876                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1877                 nr_pages++;
1878         }
1879         return (nr_pages);
1880 }
1881
1882 /*
1883  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1884  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1885  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1886  * return false indicating there are no valid ranges left.
1887  */
1888 static bool __init
1889 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1890                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1891                                     unsigned long first_init_pfn)
1892 {
1893         u64 j;
1894
1895         /*
1896          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1897          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1898          * so we just need to flush them out of the system.
1899          */
1900         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1901                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1902                         continue;
1903                 if (*spfn < first_init_pfn)
1904                         *spfn = first_init_pfn;
1905                 *i = j;
1906                 return true;
1907         }
1908
1909         return false;
1910 }
1911
1912 /*
1913  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1914  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1915  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1916  * page in __free_one_page()).
1917  *
1918  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1919  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1920  * any issues with the buddy page computation.
1921  */
1922 static unsigned long __init
1923 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1924                        unsigned long *end_pfn)
1925 {
1926         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1927         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1928         unsigned long nr_pages = 0;
1929         u64 j = *i;
1930
1931         /* First we loop through and initialize the page values */
1932         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1933                 unsigned long t;
1934
1935                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1936                         break;
1937
1938                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1939                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1940
1941                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1942                         *start_pfn = mo_pfn;
1943                         break;
1944                 }
1945         }
1946
1947         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1948         swap(j, *i);
1949
1950         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1951                 unsigned long t;
1952
1953                 if (mo_pfn <= spfn)
1954                         break;
1955
1956                 t = min(mo_pfn, epfn);
1957                 deferred_free_pages(spfn, t);
1958
1959                 if (mo_pfn <= epfn)
1960                         break;
1961         }
1962
1963         return nr_pages;
1964 }
1965
1966 static void __init
1967 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1968                            void *arg)
1969 {
1970         unsigned long spfn, epfn;
1971         struct zone *zone = arg;
1972         u64 i;
1973
1974         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
1975
1976         /*
1977          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
1978          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
1979          */
1980         while (spfn < end_pfn) {
1981                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1982                 cond_resched();
1983         }
1984 }
1985
1986 /* An arch may override for more concurrency. */
1987 __weak int __init
1988 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
1989 {
1990         return 1;
1991 }
1992
1993 /* Initialise remaining memory on a node */
1994 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1995 {
1996         pg_data_t *pgdat = data;
1997         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1998         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
1999         unsigned long first_init_pfn, flags;
2000         unsigned long start = jiffies;
2001         struct zone *zone;
2002         int zid, max_threads;
2003         u64 i;
2004
2005         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2006         if (!cpumask_empty(cpumask))
2007                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2008
2009         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2010         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2011         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2012                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2013                 pgdat_init_report_one_done();
2014                 return 0;
2015         }
2016
2017         /* Sanity check boundaries */
2018         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2019         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2020         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2021
2022         /*
2023          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2024          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2025          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2026          */
2027         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2028
2029         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2030         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2031                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2032                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2033                         break;
2034         }
2035
2036         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2037         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2038                                                  first_init_pfn))
2039                 goto zone_empty;
2040
2041         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2042
2043         while (spfn < epfn) {
2044                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2045                 struct padata_mt_job job = {
2046                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2047                         .fn_arg      = zone,
2048                         .start       = spfn,
2049                         .size        = epfn_align - spfn,
2050                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2051                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2052                         .max_threads = max_threads,
2053                 };
2054
2055                 padata_do_multithreaded(&job);
2056                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2057                                                     epfn_align);
2058         }
2059 zone_empty:
2060         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2061         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2062
2063         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2064                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2065
2066         pgdat_init_report_one_done();
2067         return 0;
2068 }
2069
2070 /*
2071  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2072  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2073  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2074  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2075  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2076  *
2077  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2078  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2079  * enough pages to satisfy the allocation.
2080  *
2081  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2082  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2083  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2084  */
2085 static noinline bool __init
2086 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2087 {
2088         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2089         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2090         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2091         unsigned long spfn, epfn, flags;
2092         unsigned long nr_pages = 0;
2093         u64 i;
2094
2095         /* Only the last zone may have deferred pages */
2096         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2097                 return false;
2098
2099         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2100
2101         /*
2102          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2103          * true, as there might be enough pages already.
2104          */
2105         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2106                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2107                 return true;
2108         }
2109
2110         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2111         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2112                                                  first_deferred_pfn)) {
2113                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2114                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2115                 /* Retry only once. */
2116                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2117         }
2118
2119         /*
2120          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2121          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2122          * allocator.
2123          */
2124         while (spfn < epfn) {
2125                 /* update our first deferred PFN for this section */
2126                 first_deferred_pfn = spfn;
2127
2128                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2129                 touch_nmi_watchdog();
2130
2131                 /* We should only stop along section boundaries */
2132                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2133                         continue;
2134
2135                 /* If our quota has been met we can stop here */
2136                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2137                         break;
2138         }
2139
2140         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2141         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2142
2143         return nr_pages > 0;
2144 }
2145
2146 /*
2147  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2148  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2149  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2150  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2151  */
2152 static bool __ref
2153 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2154 {
2155         return deferred_grow_zone(zone, order);
2156 }
2157
2158 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2159
2160 void __init page_alloc_init_late(void)
2161 {
2162         struct zone *zone;
2163         int nid;
2164
2165 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2166
2167         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2168         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2169         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2170                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2171         }
2172
2173         /* Block until all are initialised */
2174         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2175
2176         /*
2177          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
2178          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
2179          * will be artificially small.
2180          */
2181         for_each_populated_zone(zone)
2182                 zone_pcp_update(zone);
2183
2184         /*
2185          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2186          * on-demand struct page initialization.
2187          */
2188         static_branch_disable(&deferred_pages);
2189
2190         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2191         files_maxfiles_init();
2192 #endif
2193
2194         buffer_init();
2195
2196         /* Discard memblock private memory */
2197         memblock_discard();
2198
2199         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2200                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2201
2202         for_each_populated_zone(zone)
2203                 set_zone_contiguous(zone);
2204 }
2205
2206 #ifdef CONFIG_CMA
2207 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2208 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2209 {
2210         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2211         struct page *p = page;
2212
2213         do {
2214                 __ClearPageReserved(p);
2215                 set_page_count(p, 0);
2216         } while (++p, --i);
2217
2218         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2219
2220         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2221                 i = pageblock_nr_pages;
2222                 p = page;
2223                 do {
2224                         set_page_refcounted(p);
2225                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2226                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2227                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2228         } else {
2229                 set_page_refcounted(page);
2230                 __free_pages(page, pageblock_order);
2231         }
2232
2233         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2234         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2235 }
2236 #endif
2237
2238 /*
2239  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2240  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2241  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2242  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2243  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2244  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2245  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2246  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2247  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2248  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2249  *
2250  * -- nyc
2251  */
2252 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2253         int low, int high, int migratetype)
2254 {
2255         unsigned long size = 1 << high;
2256
2257         while (high > low) {
2258                 high--;
2259                 size >>= 1;
2260                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2261
2262                 /*
2263                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2264                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2265                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2266                  * pages will stay not present in virtual address space
2267                  */
2268                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2269                         continue;
2270
2271                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2272                 set_buddy_order(&page[size], high);
2273         }
2274 }
2275
2276 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2277 {
2278         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2279                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2280                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2281                 return;
2282         }
2283
2284         bad_page(page,
2285                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2286 }
2287
2288 /*
2289  * This page is about to be returned from the page allocator
2290  */
2291 static inline int check_new_page(struct page *page)
2292 {
2293         if (likely(page_expected_state(page,
2294                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2295                 return 0;
2296
2297         check_new_page_bad(page);
2298         return 1;
2299 }
2300
2301 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2302 /*
2303  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2304  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2305  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2306  */
2307 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2308 {
2309         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2310                 return check_new_page(page);
2311         else
2312                 return false;
2313 }
2314
2315 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2316 {
2317         return check_new_page(page);
2318 }
2319 #else
2320 /*
2321  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2322  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2323  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2324  */
2325 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2326 {
2327         return check_new_page(page);
2328 }
2329 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2330 {
2331         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2332                 return check_new_page(page);
2333         else
2334                 return false;
2335 }
2336 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2337
2338 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2339 {
2340         int i;
2341         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2342                 struct page *p = page + i;
2343
2344                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2345                         return true;
2346         }
2347
2348         return false;
2349 }
2350
2351 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2352                                 gfp_t gfp_flags)
2353 {
2354         bool init;
2355
2356         set_page_private(page, 0);
2357         set_page_refcounted(page);
2358
2359         arch_alloc_page(page, order);
2360         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2361
2362         /*
2363          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2364          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2365          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2366          */
2367         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2368
2369         /*
2370          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2371          * kasan_alloc_pages and kernel_init_free_pages must be
2372          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2373          */
2374         init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags);
2375         kasan_alloc_pages(page, order, init);
2376         if (init && !kasan_has_integrated_init())
2377                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2378
2379         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2380 }
2381
2382 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2383                                                         unsigned int alloc_flags)
2384 {
2385         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2386
2387         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2388                 prep_compound_page(page, order);
2389
2390         /*
2391          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2392          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2393          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2394          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2395          */
2396         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2397                 set_page_pfmemalloc(page);
2398         else
2399                 clear_page_pfmemalloc(page);
2400 }
2401
2402 /*
2403  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2404  * the smallest available page from the freelists
2405  */
2406 static __always_inline
2407 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2408                                                 int migratetype)
2409 {
2410         unsigned int current_order;
2411         struct free_area *area;
2412         struct page *page;
2413
2414         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2415         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2416                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2417                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2418                 if (!page)
2419                         continue;
2420                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2421                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2422                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2423                 return page;
2424         }
2425
2426         return NULL;
2427 }
2428
2429
2430 /*
2431  * This array describes the order lists are fallen back to when
2432  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2433  */
2434 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2435         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2436         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2437         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2438 #ifdef CONFIG_CMA
2439         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2440 #endif
2441 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2442         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2443 #endif
2444 };
2445
2446 #ifdef CONFIG_CMA
2447 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2448                                         unsigned int order)
2449 {
2450         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2451 }
2452 #else
2453 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2454                                         unsigned int order) { return NULL; }
2455 #endif
2456
2457 /*
2458  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2459  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2460  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2461  */
2462 static int move_freepages(struct zone *zone,
2463                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2464                           int migratetype, int *num_movable)
2465 {
2466         struct page *page;
2467         unsigned long pfn;
2468         unsigned int order;
2469         int pages_moved = 0;
2470
2471         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2472                 if (!pfn_valid_within(pfn)) {
2473                         pfn++;
2474                         continue;
2475                 }
2476
2477                 page = pfn_to_page(pfn);
2478                 if (!PageBuddy(page)) {
2479                         /*
2480                          * We assume that pages that could be isolated for
2481                          * migration are movable. But we don't actually try
2482                          * isolating, as that would be expensive.
2483                          */
2484                         if (num_movable &&
2485                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2486                                 (*num_movable)++;
2487                         pfn++;
2488                         continue;
2489                 }
2490
2491                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2492                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2493                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2494
2495                 order = buddy_order(page);
2496                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2497                 pfn += 1 << order;
2498                 pages_moved += 1 << order;
2499         }
2500
2501         return pages_moved;
2502 }
2503
2504 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2505                                 int migratetype, int *num_movable)
2506 {
2507         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2508
2509         if (num_movable)
2510                 *num_movable = 0;
2511
2512         pfn = page_to_pfn(page);
2513         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2514         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2515
2516         /* Do not cross zone boundaries */
2517         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2518                 start_pfn = pfn;
2519         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2520                 return 0;
2521
2522         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2523                                                                 num_movable);
2524 }
2525
2526 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2527                                         int start_order, int migratetype)
2528 {
2529         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2530
2531         while (nr_pageblocks--) {
2532                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2533                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2534         }
2535 }
2536
2537 /*
2538  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2539  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2540  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2541  *
2542  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2543  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2544  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2545  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2546  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2547  * pageblocks.
2548  */
2549 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2550 {
2551         /*
2552          * Leaving this order check is intended, although there is
2553          * relaxed order check in next check. The reason is that
2554          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2555          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2556          * so could be changed anytime.
2557          */
2558         if (order >= pageblock_order)
2559                 return true;
2560
2561         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2562                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2563                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2564                 page_group_by_mobility_disabled)
2565                 return true;
2566
2567         return false;
2568 }
2569
2570 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2571 {
2572         unsigned long max_boost;
2573
2574         if (!watermark_boost_factor)
2575                 return false;
2576         /*
2577          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2578          * On small machines, including kdump capture kernels running
2579          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2580          * memory situation immediately.
2581          */
2582         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2583                 return false;
2584
2585         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2586                         watermark_boost_factor, 10000);
2587
2588         /*
2589          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2590          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2591          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2592          * allocations that early means that reclaim is not going
2593          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2594          * boosted watermark resulting in a hang.
2595          */
2596         if (!max_boost)
2597                 return false;
2598
2599         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2600
2601         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2602                 max_boost);
2603
2604         return true;
2605 }
2606
2607 /*
2608  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2609  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2610  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2611  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2612  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2613  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2614  */
2615 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2616                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2617 {
2618         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2619         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2620         int old_block_type;
2621
2622         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2623
2624         /*
2625          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2626          * highatomic accounting.
2627          */
2628         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2629                 goto single_page;
2630
2631         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2632         if (current_order >= pageblock_order) {
2633                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2634                 goto single_page;
2635         }
2636
2637         /*
2638          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2639          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2640          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2641          */
2642         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2643                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2644
2645         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2646         if (!whole_block)
2647                 goto single_page;
2648
2649         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2650                                                 &movable_pages);
2651         /*
2652          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2653          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2654          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2655          */
2656         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2657                 alike_pages = movable_pages;
2658         } else {
2659                 /*
2660                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2661                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2662                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2663                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2664                  * exact migratetype of non-movable pages.
2665                  */
2666                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2667                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2668                                                 - (free_pages + movable_pages);
2669                 else
2670                         alike_pages = 0;
2671         }
2672
2673         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2674         if (!free_pages)
2675                 goto single_page;
2676
2677         /*
2678          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2679          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2680          */
2681         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2682                         page_group_by_mobility_disabled)
2683                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2684
2685         return;
2686
2687 single_page:
2688         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2689 }
2690
2691 /*
2692  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2693  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2694  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2695  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2696  */
2697 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2698                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2699 {
2700         int i;
2701         int fallback_mt;
2702
2703         if (area->nr_free == 0)
2704                 return -1;
2705
2706         *can_steal = false;
2707         for (i = 0;; i++) {
2708                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2709                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2710                         break;
2711
2712                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2713                         continue;
2714
2715                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2716                         *can_steal = true;
2717
2718                 if (!only_stealable)
2719                         return fallback_mt;
2720
2721                 if (*can_steal)
2722                         return fallback_mt;
2723         }
2724
2725         return -1;
2726 }
2727
2728 /*
2729  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2730  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2731  */
2732 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2733                                 unsigned int alloc_order)
2734 {
2735         int mt;
2736         unsigned long max_managed, flags;
2737
2738         /*
2739          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2740          * Check is race-prone but harmless.
2741          */
2742         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2743         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2744                 return;
2745
2746         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2747
2748         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2749         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2750                 goto out_unlock;
2751
2752         /* Yoink! */
2753         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2754         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2755             && !is_migrate_cma(mt)) {
2756                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2757                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2758                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2759         }
2760
2761 out_unlock:
2762         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2763 }
2764
2765 /*
2766  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2767  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2768  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2769  * to recover from than an OOM.
2770  *
2771  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2772  * pageblock is exhausted.
2773  */
2774 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2775                                                 bool force)
2776 {
2777         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2778         unsigned long flags;
2779         struct zoneref *z;
2780         struct zone *zone;
2781         struct page *page;
2782         int order;
2783         bool ret;
2784
2785         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2786                                                                 ac->nodemask) {
2787                 /*
2788                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2789                  * is really high.
2790                  */
2791                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2792                                         pageblock_nr_pages)
2793                         continue;
2794
2795                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2796                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2797                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2798
2799                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2800                         if (!page)
2801                                 continue;
2802
2803                         /*
2804                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2805                          * we can counter several free pages in a pageblock
2806                          * in this loop although we changed the pageblock type
2807                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2808                          * adjust the count once.
2809                          */
2810                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2811                                 /*
2812                                  * It should never happen but changes to
2813                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2814                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2815                                  * while unreserving so be safe and watch for
2816                                  * underflows.
2817                                  */
2818                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2819                                                 pageblock_nr_pages,
2820                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2821                         }
2822
2823                         /*
2824                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2825                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2826                          * is doing the work and needs the pages. More
2827                          * importantly, if the block was always converted to
2828                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2829                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2830                          * may increase.
2831                          */
2832                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2833                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2834                                                                         NULL);
2835                         if (ret) {
2836                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2837                                 return ret;
2838                         }
2839                 }
2840                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2841         }
2842
2843         return false;
2844 }
2845
2846 /*
2847  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2848  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2849  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2850  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2851  *
2852  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2853  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2854  * condition simpler.
2855  */
2856 static __always_inline bool
2857 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2858                                                 unsigned int alloc_flags)
2859 {
2860         struct free_area *area;
2861         int current_order;
2862         int min_order = order;
2863         struct page *page;
2864         int fallback_mt;
2865         bool can_steal;
2866
2867         /*
2868          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2869          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2870          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2871          */
2872         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2873                 min_order = pageblock_order;
2874
2875         /*
2876          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2877          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2878          * would be too costly to do exactly.
2879          */
2880         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2881                                 --current_order) {
2882                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2883                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2884                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2885                 if (fallback_mt == -1)
2886                         continue;
2887
2888                 /*
2889                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2890                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2891                  * steal and split the smallest available page instead of the
2892                  * largest available page, because even if the next movable
2893                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2894                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2895                  */
2896                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2897                                         && current_order > order)
2898                         goto find_smallest;
2899
2900                 goto do_steal;
2901         }
2902
2903         return false;
2904
2905 find_smallest:
2906         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2907                                                         current_order++) {
2908                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2909                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2910                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2911                 if (fallback_mt != -1)
2912                         break;
2913         }
2914
2915         /*
2916          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2917          * when looking for the largest page.
2918          */
2919         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2920
2921 do_steal:
2922         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2923
2924         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2925                                                                 can_steal);
2926
2927         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2928                 start_migratetype, fallback_mt);
2929
2930         return true;
2931
2932 }
2933
2934 /*
2935  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2936  * Call me with the zone->lock already held.
2937  */
2938 static __always_inline struct page *
2939 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2940                                                 unsigned int alloc_flags)
2941 {
2942         struct page *page;
2943
2944         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2945                 /*
2946                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2947                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2948                  * is in the CMA area.
2949                  */
2950                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2951                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2952                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2953                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2954                         if (page)
2955                                 goto out;
2956                 }
2957         }
2958 retry:
2959         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2960         if (unlikely(!page)) {
2961                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2962                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2963
2964                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2965                                                                 alloc_flags))
2966                         goto retry;
2967         }
2968 out:
2969         if (page)
2970                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2971         return page;
2972 }
2973
2974 /*
2975  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2976  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2977  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2978  */
2979 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2980                         unsigned long count, struct list_head *list,
2981                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2982 {
2983         int i, allocated = 0;
2984
2985         /*
2986          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
2987          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
2988          */
2989         spin_lock(&zone->lock);
2990         for (i = 0; i < count; ++i) {
2991                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2992                                                                 alloc_flags);
2993                 if (unlikely(page == NULL))
2994                         break;
2995
2996                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2997                         continue;
2998
2999                 /*
3000                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
3001                  * physical page order. The page is added to the tail of
3002                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
3003                  * is ordered by page number under some conditions. This is
3004                  * useful for IO devices that can forward direction from the
3005                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
3006                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
3007                  * pages are ordered properly.
3008                  */
3009                 list_add_tail(&page->lru, list);
3010                 allocated++;
3011                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3012                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3013                                               -(1 << order));
3014         }
3015
3016         /*
3017          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3018          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3019          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3020          * pages added to the pcp list.
3021          */
3022         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3023         spin_unlock(&zone->lock);
3024         return allocated;
3025 }
3026
3027 #ifdef CONFIG_NUMA
3028 /*
3029  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3030  * currently executing processor on remote nodes after they have
3031  * expired.
3032  *
3033  * Note that this function must be called with the thread pinned to
3034  * a single processor.
3035  */
3036 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3037 {
3038         unsigned long flags;
3039         int to_drain, batch;
3040
3041         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3042         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3043         to_drain = min(pcp->count, batch);
3044         if (to_drain > 0)
3045                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
3046         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3047 }
3048 #endif
3049
3050 /*
3051  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3052  *
3053  * The processor must either be the current processor and the
3054  * thread pinned to the current processor or a processor that
3055  * is not online.
3056  */
3057 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3058 {
3059         unsigned long flags;
3060         struct per_cpu_pages *pcp;
3061
3062         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3063
3064         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3065         if (pcp->count)
3066                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
3067
3068         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3069 }
3070
3071 /*
3072  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3073  *
3074  * The processor must either be the current processor and the
3075  * thread pinned to the current processor or a processor that
3076  * is not online.
3077  */
3078 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3079 {
3080         struct zone *zone;
3081
3082         for_each_populated_zone(zone) {
3083                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3084         }
3085 }
3086
3087 /*
3088  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3089  *
3090  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3091  * the single zone's pages.
3092  */
3093 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3094 {
3095         int cpu = smp_processor_id();
3096
3097         if (zone)
3098                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3099         else
3100                 drain_pages(cpu);
3101 }
3102
3103 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3104 {
3105         struct pcpu_drain *drain;
3106
3107         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3108
3109         /*
3110          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3111          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3112          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3113          * cpu which is alright but we also have to make sure to not move to
3114          * a different one.
3115          */
3116         preempt_disable();
3117         drain_local_pages(drain->zone);
3118         preempt_enable();
3119 }
3120
3121 /*
3122  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3123  * drain on all cpus.
3124  *
3125  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3126  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3127  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3128  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3129  * optimizing racy check.
3130  */
3131 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3132 {
3133         int cpu;
3134
3135         /*
3136          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
3137          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3138          */
3139         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3140
3141         /*
3142          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3143          * initialized.
3144          */
3145         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3146                 return;
3147
3148         /*
3149          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3150          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3151          * the drain to be complete when the call returns.
3152          */
3153         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3154                 if (!zone)
3155                         return;
3156                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3157         }
3158
3159         /*
3160          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3161          * as offline notification will cause the notified
3162          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3163          * disables preemption as part of its processing
3164          */
3165         for_each_online_cpu(cpu) {
3166                 struct per_cpu_pages *pcp;
3167                 struct zone *z;
3168                 bool has_pcps = false;
3169
3170                 if (force_all_cpus) {
3171                         /*
3172                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3173                          * guarantee that no cpu is missed.
3174                          */
3175                         has_pcps = true;
3176                 } else if (zone) {
3177                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3178                         if (pcp->count)
3179                                 has_pcps = true;
3180                 } else {
3181                         for_each_populated_zone(z) {
3182                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3183                                 if (pcp->count) {
3184                                         has_pcps = true;
3185                                         break;
3186                                 }
3187                         }
3188                 }
3189
3190                 if (has_pcps)
3191                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3192                 else
3193                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3194         }
3195
3196         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3197                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3198
3199                 drain->zone = zone;
3200                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3201                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3202         }
3203         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3204                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3205
3206         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3207 }
3208
3209 /*
3210  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3211  *
3212  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3213  *
3214  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3215  */
3216 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3217 {
3218         __drain_all_pages(zone, false);
3219 }
3220
3221 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3222
3223 /*
3224  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3225  */
3226 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3227
3228 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3229 {
3230         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3231         unsigned long flags;
3232         unsigned int order, t;
3233         struct page *page;
3234
3235         if (zone_is_empty(zone))
3236                 return;
3237
3238         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3239
3240         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3241         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3242                 if (pfn_valid(pfn)) {
3243                         page = pfn_to_page(pfn);
3244
3245                         if (!--page_count) {
3246                                 touch_nmi_watchdog();
3247                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3248                         }
3249
3250                         if (page_zone(page) != zone)
3251                                 continue;
3252
3253                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3254                                 swsusp_unset_page_free(page);
3255                 }
3256
3257         for_each_migratetype_order(order, t) {
3258                 list_for_each_entry(page,
3259                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3260                         unsigned long i;
3261
3262                         pfn = page_to_pfn(page);
3263                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3264                                 if (!--page_count) {
3265                                         touch_nmi_watchdog();
3266                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3267                                 }
3268                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3269                         }
3270                 }
3271         }
3272         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3273 }
3274 #endif /* CONFIG_PM */
3275
3276 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3277 {
3278         int migratetype;
3279
3280         if (!free_pcp_prepare(page))
3281                 return false;
3282
3283         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3284         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3285         return true;
3286 }
3287
3288 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3289 {
3290         struct zone *zone = page_zone(page);
3291         struct per_cpu_pages *pcp;
3292         int migratetype;
3293
3294         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3295         __count_vm_event(PGFREE);
3296
3297         /*
3298          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3299          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3300          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3301          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3302          * excessively into the page allocator
3303          */
3304         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3305                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3306                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype,
3307                                       FPI_NONE);
3308                         return;
3309                 }
3310                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3311         }
3312
3313         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3314         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3315         pcp->count++;
3316         if (pcp->count >= READ_ONCE(pcp->high))
3317                 free_pcppages_bulk(zone, READ_ONCE(pcp->batch), pcp);
3318 }
3319
3320 /*
3321  * Free a 0-order page
3322  */
3323 void free_unref_page(struct page *page)
3324 {
3325         unsigned long flags;
3326         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3327
3328         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3329                 return;
3330
3331         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3332         free_unref_page_commit(page, pfn);
3333         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3334 }
3335
3336 /*
3337  * Free a list of 0-order pages
3338  */
3339 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3340 {
3341         struct page *page, *next;
3342         unsigned long flags, pfn;
3343         int batch_count = 0;
3344
3345         /* Prepare pages for freeing */
3346         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3347                 pfn = page_to_pfn(page);
3348                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3349                         list_del(&page->lru);
3350                 set_page_private(page, pfn);
3351         }
3352
3353         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3354         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3355                 unsigned long pfn = page_private(page);
3356
3357                 set_page_private(page, 0);
3358                 trace_mm_page_free_batched(page);
3359                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3360
3361                 /*
3362                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3363                  * a large list of pages to free.
3364                  */
3365                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3366                         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3367                         batch_count = 0;
3368                         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3369                 }
3370         }
3371         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3372 }
3373
3374 /*
3375  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3376  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3377  * Each sub-page must be freed individually.
3378  *
3379  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3380  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3381  */
3382 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3383 {
3384         int i;
3385
3386         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3387         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3388
3389         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3390                 set_page_refcounted(page + i);
3391         split_page_owner(page, 1 << order);
3392         split_page_memcg(page, 1 << order);
3393 }
3394 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3395
3396 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3397 {
3398         unsigned long watermark;
3399         struct zone *zone;
3400         int mt;
3401
3402         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3403
3404         zone = page_zone(page);
3405         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3406
3407         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3408                 /*
3409                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3410                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3411                  * watermark, because we already know our high-order page
3412                  * exists.
3413                  */
3414                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3415                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3416                         return 0;
3417
3418                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3419         }
3420
3421         /* Remove page from free list */
3422
3423         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3424
3425         /*
3426          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3427          * pageblock
3428          */
3429         if (order >= pageblock_order - 1) {
3430                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3431                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3432                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3433                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3434                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3435                                 set_pageblock_migratetype(page,
3436                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3437                 }
3438         }
3439
3440
3441         return 1UL << order;
3442 }
3443
3444 /**
3445  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3446  * @page: Page that was isolated
3447  * @order: Order of the isolated page
3448  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3449  *
3450  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3451  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3452  */
3453 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3454 {
3455         struct zone *zone = page_zone(page);
3456
3457         /* zone lock should be held when this function is called */
3458         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3459
3460         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3461         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3462                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3463 }
3464
3465 /*
3466  * Update NUMA hit/miss statistics
3467  *
3468  * Must be called with interrupts disabled.
3469  */
3470 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3471                                    long nr_account)
3472 {
3473 #ifdef CONFIG_NUMA
3474         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3475
3476         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3477         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3478                 return;
3479
3480         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3481                 local_stat = NUMA_OTHER;
3482
3483         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3484                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3485         else {
3486                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3487                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3488         }
3489         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3490 #endif
3491 }
3492
3493 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3494 static inline
3495 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3496                         unsigned int alloc_flags,
3497                         struct per_cpu_pages *pcp,
3498                         struct list_head *list)
3499 {
3500         struct page *page;
3501
3502         do {
3503                 if (list_empty(list)) {
3504                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3505                                         READ_ONCE(pcp->batch), list,
3506                                         migratetype, alloc_flags);
3507                         if (unlikely(list_empty(list)))
3508                                 return NULL;
3509                 }
3510
3511                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3512                 list_del(&page->lru);
3513                 pcp->count--;
3514         } while (check_new_pcp(page));
3515
3516         return page;
3517 }
3518
3519 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3520 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3521                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3522                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3523 {
3524         struct per_cpu_pages *pcp;
3525         struct list_head *list;
3526         struct page *page;
3527         unsigned long flags;
3528
3529         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3530         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3531         list = &pcp->lists[migratetype];
3532         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3533         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3534         if (page) {
3535                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3536                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3537         }
3538         return page;
3539 }
3540
3541 /*
3542  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3543  */
3544 static inline
3545 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3546                         struct zone *zone, unsigned int order,
3547                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3548                         int migratetype)
3549 {
3550         unsigned long flags;
3551         struct page *page;
3552
3553         if (likely(order == 0)) {
3554                 /*
3555                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3556                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3557                  */
3558                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3559                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3560                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3561                                         migratetype, alloc_flags);
3562                         goto out;
3563                 }
3564         }
3565
3566         /*
3567          * We most definitely don't want callers attempting to
3568          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3569          */
3570         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3571         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3572
3573         do {
3574                 page = NULL;
3575                 /*
3576                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3577                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3578                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3579                  * request should skip it.
3580                  */
3581                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3582                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3583                         if (page)
3584                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3585                 }
3586                 if (!page)
3587                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3588         } while (page && check_new_pages(page, order));
3589         if (!page)
3590                 goto failed;
3591
3592         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3593                                   get_pcppage_migratetype(page));
3594         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3595
3596         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3597         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3598
3599 out:
3600         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3601         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3602                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3603                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3604         }
3605
3606         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3607         return page;
3608
3609 failed:
3610         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3611         return NULL;
3612 }
3613
3614 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3615
3616 static struct {
3617         struct fault_attr attr;
3618
3619         bool ignore_gfp_highmem;
3620         bool ignore_gfp_reclaim;
3621         u32 min_order;
3622 } fail_page_alloc = {
3623         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3624         .ignore_gfp_reclaim = true,
3625         .ignore_gfp_highmem = true,
3626         .min_order = 1,
3627 };
3628
3629 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3630 {
3631         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3632 }
3633 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3634
3635 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3636 {
3637         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3638                 return false;
3639         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3640                 return false;
3641         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3642                 return false;
3643         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3644                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3645                 return false;
3646
3647         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3648 }
3649
3650 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3651
3652 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3653 {
3654         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3655         struct dentry *dir;
3656
3657         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3658                                         &fail_page_alloc.attr);
3659
3660         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3661                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3662         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3663                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3664         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3665
3666         return 0;
3667 }
3668
3669 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3670
3671 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3672
3673 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3674
3675 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3676 {
3677         return false;
3678 }
3679
3680 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3681
3682 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3683 {
3684         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3685 }
3686 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3687
3688 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3689                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3690 {
3691         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3692         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3693
3694         /*
3695          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3696          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3697          * atomic reserve but it avoids a search.
3698          */
3699         if (likely(!alloc_harder))
3700                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3701
3702 #ifdef CONFIG_CMA
3703         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3704         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3705                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3706 #endif
3707
3708         return unusable_free;
3709 }
3710
3711 /*
3712  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3713  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3714  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3715  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3716  */
3717 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3718                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3719                          long free_pages)
3720 {
3721         long min = mark;
3722         int o;
3723         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3724
3725         /* free_pages may go negative - that's OK */
3726         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3727
3728         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3729                 min -= min / 2;
3730
3731         if (unlikely(alloc_harder)) {
3732                 /*
3733                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3734                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3735                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3736                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3737                  */
3738                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3739                         min -= min / 2;
3740                 else
3741                         min -= min / 4;
3742         }
3743
3744         /*
3745          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3746          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3747          * even if a suitable page happened to be free.
3748          */
3749         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3750                 return false;
3751
3752         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3753         if (!order)
3754                 return true;
3755
3756         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3757         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3758                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3759                 int mt;
3760
3761                 if (!area->nr_free)
3762                         continue;
3763
3764                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3765                         if (!free_area_empty(area, mt))
3766                                 return true;
3767                 }
3768
3769 #ifdef CONFIG_CMA
3770                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3771                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3772                         return true;
3773                 }
3774 #endif
3775                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3776                         return true;
3777         }
3778         return false;
3779 }
3780
3781 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3782                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3783 {
3784         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3785                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3786 }
3787
3788 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3789                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3790                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3791 {
3792         long free_pages;
3793
3794         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3795
3796         /*
3797          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3798          * need to be calculated.
3799          */
3800         if (!order) {
3801                 long fast_free;
3802
3803                 fast_free = free_pages;
3804                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3805                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3806                         return true;
3807         }
3808
3809         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3810                                         free_pages))
3811                 return true;
3812         /*
3813          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3814          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3815          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3816          * when below the low watermark.
3817          */
3818         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3819                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3820                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3821                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3822                                         alloc_flags, free_pages);
3823         }
3824
3825         return false;
3826 }
3827
3828 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3829                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3830 {
3831         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3832
3833         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3834                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3835
3836         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3837                                                                 free_pages);
3838 }
3839
3840 #ifdef CONFIG_NUMA
3841 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3842 {
3843         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3844                                 node_reclaim_distance;
3845 }
3846 #else   /* CONFIG_NUMA */
3847 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3848 {
3849         return true;
3850 }
3851 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3852
3853 /*
3854  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3855  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3856  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3857  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3858  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3859  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3860  */
3861 static inline unsigned int
3862 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3863 {
3864         unsigned int alloc_flags;
3865
3866         /*
3867          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3868          * to save a branch.
3869          */
3870         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3871
3872 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3873         if (!zone)
3874                 return alloc_flags;
3875
3876         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3877                 return alloc_flags;
3878
3879         /*
3880          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3881          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3882          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3883          */
3884         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3885         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3886                 return alloc_flags;
3887
3888         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3889 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3890         return alloc_flags;
3891 }
3892
3893 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
3894 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
3895                                                   unsigned int alloc_flags)
3896 {
3897 #ifdef CONFIG_CMA
3898         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3899                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3900 #endif
3901         return alloc_flags;
3902 }
3903
3904 /*
3905  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3906  * a page.
3907  */
3908 static struct page *
3909 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3910                                                 const struct alloc_context *ac)
3911 {
3912         struct zoneref *z;
3913         struct zone *zone;
3914         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3915         bool no_fallback;
3916
3917 retry:
3918         /*
3919          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3920          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3921          */
3922         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3923         z = ac->preferred_zoneref;
3924         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3925                                         ac->nodemask) {
3926                 struct page *page;
3927                 unsigned long mark;
3928
3929                 if (cpusets_enabled() &&
3930                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3931                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3932                                 continue;
3933                 /*
3934                  * When allocating a page cache page for writing, we
3935                  * want to get it from a node that is within its dirty
3936                  * limit, such that no single node holds more than its
3937                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3938                  * The dirty limits take into account the node's
3939                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3940                  * should be able to balance it without having to
3941                  * write pages from its LRU list.
3942                  *
3943                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3944                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3945                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3946                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3947                  * nodes are together not big enough to reach the
3948                  * global limit.  The proper fix for these situations
3949                  * will require awareness of nodes in the
3950                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3951                  */
3952                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3953                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3954                                 continue;
3955
3956                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3957                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3958                                 continue;
3959                         }
3960                 }
3961
3962                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3963                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3964                         int local_nid;
3965
3966                         /*
3967                          * If moving to a remote node, retry but allow
3968                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3969                          * than fragmentation avoidance.
3970                          */
3971                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3972                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3973                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3974                                 goto retry;
3975                         }
3976                 }
3977
3978                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3979                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3980                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3981                                        gfp_mask)) {
3982                         int ret;
3983
3984 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3985                         /*
3986                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3987                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3988                          */
3989                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3990                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3991                                         goto try_this_zone;
3992                         }
3993 #endif
3994                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3995                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3996                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3997                                 goto try_this_zone;
3998
3999                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4000                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4001                                 continue;
4002
4003                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4004                         switch (ret) {
4005                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4006                                 /* did not scan */
4007                                 continue;
4008                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4009                                 /* scanned but unreclaimable */
4010                                 continue;
4011                         default:
4012                                 /* did we reclaim enough */
4013                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4014                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4015                                         goto try_this_zone;
4016
4017                                 continue;
4018                         }
4019                 }
4020
4021 try_this_zone:
4022                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4023                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4024                 if (page) {
4025                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4026
4027                         /*
4028                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4029                          * if the pageblock should be reserved for the future
4030                          */
4031                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4032                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4033
4034                         return page;
4035                 } else {
4036 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4037                         /* Try again if zone has deferred pages */
4038                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4039                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4040                                         goto try_this_zone;
4041                         }
4042 #endif
4043                 }
4044         }
4045
4046         /*
4047          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4048          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4049          */
4050         if (no_fallback) {
4051                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4052                 goto retry;
4053         }
4054
4055         return NULL;
4056 }
4057
4058 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4059 {
4060         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4061
4062         /*
4063          * This documents exceptions given to allocations in certain
4064          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4065          * of allowed nodes.
4066          */
4067         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4068                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4069                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4070                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4071         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4072                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4073
4074         show_mem(filter, nodemask);
4075 }
4076
4077 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4078 {
4079         struct va_format vaf;
4080         va_list args;
4081         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4082
4083         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
4084                 return;
4085
4086         va_start(args, fmt);
4087         vaf.fmt = fmt;
4088         vaf.va = &args;
4089         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4090                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4091                         nodemask_pr_args(nodemask));
4092         va_end(args);
4093
4094         cpuset_print_current_mems_allowed();
4095         pr_cont("\n");
4096         dump_stack();
4097         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4098 }
4099
4100 static inline struct page *
4101 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4102                               unsigned int alloc_flags,
4103                               const struct alloc_context *ac)
4104 {
4105         struct page *page;
4106
4107         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4108                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4109         /*
4110          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4111          * are depleted
4112          */
4113         if (!page)
4114                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4115                                 alloc_flags, ac);
4116
4117         return page;
4118 }
4119
4120 static inline struct page *
4121 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4122         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4123 {
4124         struct oom_control oc = {
4125                 .zonelist = ac->zonelist,
4126                 .nodemask = ac->nodemask,
4127                 .memcg = NULL,
4128                 .gfp_mask = gfp_mask,
4129                 .order = order,
4130         };
4131         struct page *page;
4132
4133         *did_some_progress = 0;
4134
4135         /*
4136          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4137          * making progress for us.
4138          */
4139         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4140                 *did_some_progress = 1;
4141                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4142                 return NULL;
4143         }
4144
4145         /*
4146          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4147          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4148          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4149          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4150          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4151          */
4152         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4153                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4154                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4155         if (page)
4156                 goto out;
4157
4158         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4159         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4160                 goto out;
4161         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4162         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4163                 goto out;
4164         /*
4165          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4166          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4167          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4168          * fallback than shooting a random task.
4169          *
4170          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4171          */
4172         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4173                 goto out;
4174         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4175         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4176                 goto out;
4177         if (pm_suspended_storage())
4178                 goto out;
4179         /*
4180          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4181          * other request to make a forward progress.
4182          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4183          * do much for this context but let's try it to at least get
4184          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4185          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4186          * failures more gracefully we should just bail out here.
4187          */
4188
4189         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4190         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4191                 *did_some_progress = 1;
4192
4193                 /*
4194                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4195                  * reserves
4196                  */
4197                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4198                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4199                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4200         }
4201 out:
4202         mutex_unlock(&oom_lock);
4203         return page;
4204 }
4205
4206 /*
4207  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4208  * killer is consider as the only way to move forward.
4209  */
4210 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4211
4212 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4213 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4214 static struct page *
4215 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4216                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4217                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4218 {
4219         struct page *page = NULL;
4220         unsigned long pflags;
4221         unsigned int noreclaim_flag;
4222
4223         if (!order)
4224                 return NULL;
4225
4226         psi_memstall_enter(&pflags);
4227         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4228
4229         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4230                                                                 prio, &page);
4231
4232         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4233         psi_memstall_leave(&pflags);
4234
4235         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4236                 return NULL;
4237         /*
4238          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4239          * count a compaction stall
4240          */
4241         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4242
4243         /* Prep a captured page if available */
4244         if (page)
4245                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4246
4247         /* Try get a page from the freelist if available */
4248         if (!page)
4249                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4250
4251         if (page) {
4252                 struct zone *zone = page_zone(page);
4253
4254                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4255                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4256                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4257                 return page;
4258         }
4259
4260         /*
4261          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4262          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4263          */
4264         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4265
4266         cond_resched();
4267
4268         return NULL;
4269 }
4270
4271 static inline bool
4272 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4273                      enum compact_result compact_result,
4274                      enum compact_priority *compact_priority,
4275                      int *compaction_retries)
4276 {
4277         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4278         int min_priority;
4279         bool ret = false;
4280         int retries = *compaction_retries;
4281         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4282
4283         if (!order)
4284                 return false;
4285
4286         if (fatal_signal_pending(current))
4287                 return false;
4288
4289         if (compaction_made_progress(compact_result))
4290                 (*compaction_retries)++;
4291
4292         /*
4293          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4294          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4295          * failure could be caused by insufficient priority
4296          */
4297         if (compaction_failed(compact_result))
4298                 goto check_priority;
4299
4300         /*
4301          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4302          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4303          */
4304         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4305                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4306                 goto out;
4307         }
4308
4309         /*
4310          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4311          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4312          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4313          * we don't just keep bailing out endlessly.
4314          */
4315         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4316                 goto check_priority;
4317         }
4318
4319         /*
4320          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4321          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4322          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4323          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4324          * would need much more detailed feedback from compaction to
4325          * make a better decision.
4326          */
4327         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4328                 max_retries /= 4;
4329         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4330                 ret = true;
4331                 goto out;
4332         }
4333
4334         /*
4335          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4336          * all retries or failed at the lower priorities.
4337          */
4338 check_priority:
4339         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4340                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4341
4342         if (*compact_priority > min_priority) {
4343                 (*compact_priority)--;
4344                 *compaction_retries = 0;
4345                 ret = true;
4346         }
4347 out:
4348         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4349         return ret;
4350 }
4351 #else
4352 static inline struct page *
4353 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4354                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4355                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4356 {
4357         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4358         return NULL;
4359 }
4360
4361 static inline bool
4362 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4363                      enum compact_result compact_result,
4364                      enum compact_priority *compact_priority,
4365                      int *compaction_retries)
4366 {
4367         struct zone *zone;
4368         struct zoneref *z;
4369
4370         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4371                 return false;
4372
4373         /*
4374          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4375          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4376          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4377          * watermarks are OK.
4378          */
4379         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4380                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4381                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4382                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4383                         return true;
4384         }
4385         return false;
4386 }
4387 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4388
4389 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4390 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4391         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4392
4393 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4394 {
4395         /* no reclaim without waiting on it */
4396         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4397                 return false;
4398
4399         /* this guy won't enter reclaim */
4400         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4401                 return false;
4402
4403         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4404                 return false;
4405
4406         return true;
4407 }
4408
4409 void __fs_reclaim_acquire(void)
4410 {
4411         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4412 }
4413
4414 void __fs_reclaim_release(void)
4415 {
4416         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4417 }
4418
4419 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4420 {
4421         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4422
4423         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4424                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4425                         __fs_reclaim_acquire();
4426
4427 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4428                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4429                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4430 #endif
4431
4432         }
4433 }
4434 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4435
4436 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4437 {
4438         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4439
4440         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4441                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4442                         __fs_reclaim_release();
4443         }
4444 }
4445 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4446 #endif
4447
4448 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4449 static unsigned long
4450 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4451                                         const struct alloc_context *ac)
4452 {
4453         unsigned int noreclaim_flag;
4454         unsigned long pflags, progress;
4455
4456         cond_resched();
4457
4458         /* We now go into synchronous reclaim */
4459         cpuset_memory_pressure_bump();
4460         psi_memstall_enter(&pflags);
4461         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4462         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4463
4464         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4465                                                                 ac->nodemask);
4466
4467         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4468         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4469         psi_memstall_leave(&pflags);
4470
4471         cond_resched();
4472
4473         return progress;
4474 }
4475
4476 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4477 static inline struct page *
4478 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4479                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4480                 unsigned long *did_some_progress)
4481 {
4482         struct page *page = NULL;
4483         bool drained = false;
4484
4485         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4486         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4487                 return NULL;
4488
4489 retry:
4490         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4491
4492         /*
4493          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4494          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4495          * Shrink them and try again
4496          */
4497         if (!page && !drained) {
4498                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4499                 drain_all_pages(NULL);
4500                 drained = true;
4501                 goto retry;
4502         }
4503
4504         return page;
4505 }
4506
4507 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4508                              const struct alloc_context *ac)
4509 {
4510         struct zoneref *z;
4511         struct zone *zone;
4512         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4513         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4514
4515         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4516                                         ac->nodemask) {
4517                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4518                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4519                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4520         }
4521 }
4522
4523 static inline unsigned int
4524 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4525 {
4526         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4527
4528         /*
4529          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4530          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4531          * to save two branches.
4532          */
4533         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4534         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4535
4536         /*
4537          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4538          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4539          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4540          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4541          */
4542         alloc_flags |= (__force int)
4543                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4544
4545         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4546                 /*
4547                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4548                  * if it can't schedule.
4549                  */
4550                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4551                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4552                 /*
4553                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4554                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4555                  */
4556                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4557         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4558                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4559
4560         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4561
4562         return alloc_flags;
4563 }
4564
4565 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4566 {
4567         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4568                 return false;
4569
4570         /*
4571          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4572          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4573          */
4574         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4575                 return false;
4576
4577         return true;
4578 }
4579
4580 /*
4581  * Distinguish requests which really need access to full memory
4582  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4583  */
4584 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4585 {
4586         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4587                 return 0;
4588         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4589                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4590         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4591                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4592         if (!in_interrupt()) {
4593                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4594                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4595                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4596                         return ALLOC_OOM;
4597         }
4598
4599         return 0;
4600 }
4601
4602 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4603 {
4604         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4605 }
4606
4607 /*
4608  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4609  * for the given allocation request.
4610  *
4611  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4612  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4613  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4614  *
4615  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4616  */
4617 static inline bool
4618 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4619                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4620                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4621 {
4622         struct zone *zone;
4623         struct zoneref *z;
4624         bool ret = false;
4625
4626         /*
4627          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4628          * their order will become available due to high fragmentation so
4629          * always increment the no progress counter for them
4630          */
4631         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4632                 *no_progress_loops = 0;
4633         else
4634                 (*no_progress_loops)++;
4635
4636         /*
4637          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4638          * several times in the row.
4639          */
4640         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4641                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4642                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4643         }
4644
4645         /*
4646          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4647          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4648          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4649          * screwed and have to go OOM.
4650          */
4651         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4652                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4653                 unsigned long available;
4654                 unsigned long reclaimable;
4655                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4656                 bool wmark;
4657
4658                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4659                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4660
4661                 /*
4662                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4663                  * reclaimable pages?
4664                  */
4665                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4666                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4667                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4668                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4669                 if (wmark) {
4670                         /*
4671                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4672                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4673                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4674                          * prevent from pre mature OOM
4675                          */
4676                         if (!did_some_progress) {
4677                                 unsigned long write_pending;
4678
4679                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4680                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4681
4682                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4683                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4684                                         return true;
4685                                 }
4686                         }
4687
4688                         ret = true;
4689                         goto out;
4690                 }
4691         }
4692
4693 out:
4694         /*
4695          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4696          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4697          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4698          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4699          * here rather than calling cond_resched().
4700          */
4701         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4702                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4703         else
4704                 cond_resched();
4705         return ret;
4706 }
4707
4708 static inline bool
4709 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4710 {
4711         /*
4712          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4713          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4714          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4715          * such a way the check therein was true, and then it became false
4716          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4717          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4718          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4719          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4720          * caller can deal with a violated nodemask.
4721          */
4722         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4723                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4724                 ac->nodemask = NULL;
4725                 return true;
4726         }
4727
4728         /*
4729          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4730          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4731          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4732          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4733          * retry.
4734          */
4735         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4736                 return true;
4737
4738         return false;
4739 }
4740
4741 static inline struct page *
4742 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4743                                                 struct alloc_context *ac)
4744 {
4745         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4746         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4747         struct page *page = NULL;
4748         unsigned int alloc_flags;
4749         unsigned long did_some_progress;
4750         enum compact_priority compact_priority;
4751         enum compact_result compact_result;
4752         int compaction_retries;
4753         int no_progress_loops;
4754         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4755         int reserve_flags;
4756
4757         /*
4758          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4759          * callers that are not in atomic context.
4760          */
4761         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4762                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4763                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4764
4765 retry_cpuset:
4766         compaction_retries = 0;
4767         no_progress_loops = 0;
4768         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4769         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4770
4771         /*
4772          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4773          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4774          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4775          */
4776         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4777
4778         /*
4779          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4780          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4781          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4782          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4783          */
4784         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4785                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4786         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4787                 goto nopage;
4788
4789         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4790                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4791
4792         /*
4793          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4794          * that first
4795          */
4796         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4797         if (page)
4798                 goto got_pg;
4799
4800         /*
4801          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4802          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4803          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4804          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4805          * same migratetype.
4806          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4807          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4808          */
4809         if (can_direct_reclaim &&
4810                         (costly_order ||
4811                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4812                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4813                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4814                                                 alloc_flags, ac,
4815                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4816                                                 &compact_result);
4817                 if (page)
4818                         goto got_pg;
4819
4820                 /*
4821                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4822                  * includes some THP page fault allocations
4823                  */
4824                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4825                         /*
4826                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4827                          * failed because all zones are below low watermarks
4828                          * or is prohibited because it recently failed at this
4829                          * order, fail immediately unless the allocator has
4830                          * requested compaction and reclaim retry.
4831                          *
4832                          * Reclaim is
4833                          *  - potentially very expensive because zones are far
4834                          *    below their low watermarks or this is part of very
4835                          *    bursty high order allocations,
4836                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4837                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4838                          *    linear scan, and
4839                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4840                          *    own.
4841                          */
4842                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4843                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4844                                 goto nopage;
4845
4846                         /*
4847                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4848                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4849                          * using async compaction.
4850                          */
4851                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4852                 }
4853         }
4854
4855 retry:
4856         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4857         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4858                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4859
4860         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4861         if (reserve_flags)
4862                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
4863
4864         /*
4865          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4866          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4867          * user oriented.
4868          */
4869         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4870                 ac->nodemask = NULL;
4871                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4872                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4873         }
4874
4875         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4876         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4877         if (page)
4878                 goto got_pg;
4879
4880         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4881         if (!can_direct_reclaim)
4882                 goto nopage;
4883
4884         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4885         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4886                 goto nopage;
4887
4888         /* Try direct reclaim and then allocating */
4889         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4890                                                         &did_some_progress);
4891         if (page)
4892                 goto got_pg;
4893
4894         /* Try direct compaction and then allocating */
4895         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4896                                         compact_priority, &compact_result);
4897         if (page)
4898                 goto got_pg;
4899
4900         /* Do not loop if specifically requested */
4901         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4902                 goto nopage;
4903
4904         /*
4905          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4906          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4907          */
4908         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4909                 goto nopage;
4910
4911         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4912                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4913                 goto retry;
4914
4915         /*
4916          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4917          * reclaim is not able to make any progress because the current
4918          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4919          * of free memory (see __compaction_suitable)
4920          */
4921         if (did_some_progress > 0 &&
4922                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4923                                 compact_result, &compact_priority,
4924                                 &compaction_retries))
4925                 goto retry;
4926
4927
4928         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4929         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4930                 goto retry_cpuset;
4931
4932         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4933         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4934         if (page)
4935                 goto got_pg;
4936
4937         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4938         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4939             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4940              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4941                 goto nopage;
4942
4943         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4944         if (did_some_progress) {
4945                 no_progress_loops = 0;
4946                 goto retry;
4947         }
4948
4949 nopage:
4950         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4951         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4952                 goto retry_cpuset;
4953
4954         /*
4955          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4956          * we always retry
4957          */
4958         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4959                 /*
4960                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4961                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4962                  */
4963                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4964                         goto fail;
4965
4966                 /*
4967                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4968                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4969                  * for somebody to do a work for us
4970                  */
4971                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4972
4973                 /*
4974                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4975                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4976                  * so that we can identify them and convert them to something
4977                  * else.
4978                  */
4979                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4980
4981                 /*
4982                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4983                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4984                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4985                  * the situation worse
4986                  */
4987                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4988                 if (page)
4989                         goto got_pg;
4990
4991                 cond_resched();
4992                 goto retry;
4993         }
4994 fail:
4995         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4996                         "page allocation failure: order:%u", order);
4997 got_pg:
4998         return page;
4999 }
5000
5001 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5002                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5003                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5004                 unsigned int *alloc_flags)
5005 {
5006         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5007         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5008         ac->nodemask = nodemask;
5009         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5010
5011         if (cpusets_enabled()) {
5012                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5013                 /*
5014                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5015                  * to the current task context. It means that any node ok.
5016                  */
5017                 if (!in_interrupt() && !ac->nodemask)
5018                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5019                 else
5020                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5021         }
5022
5023         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
5024         fs_reclaim_release(gfp_mask);
5025
5026         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
5027
5028         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5029                 return false;
5030
5031         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5032
5033         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5034         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5035
5036         /*
5037          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5038          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5039          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5040          */
5041         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5042                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5043
5044         return true;
5045 }
5046
5047 /*
5048  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5049  * @gfp: GFP flags for the allocation
5050  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5051  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5052  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5053  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5054  * @page_array: Optional array to store the pages
5055  *
5056  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5057  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5058  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5059  *
5060  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5061  *
5062  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5063  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5064  *
5065  * Returns the number of pages on the list or array.
5066  */
5067 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5068                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5069                         struct list_head *page_list,
5070                         struct page **page_array)
5071 {
5072         struct page *page;
5073         unsigned long flags;
5074         struct zone *zone;
5075         struct zoneref *z;
5076         struct per_cpu_pages *pcp;
5077         struct list_head *pcp_list;
5078         struct alloc_context ac;
5079         gfp_t alloc_gfp;
5080         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5081         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5082
5083         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5084                 return 0;
5085
5086         /*
5087          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5088          * to be allocated before disabling IRQs.
5089          */
5090         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5091                 nr_populated++;
5092
5093         /* Already populated array? */
5094         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5095                 return nr_populated;
5096
5097         /* Use the single page allocator for one page. */
5098         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5099                 goto failed;
5100
5101         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5102         gfp &= gfp_allowed_mask;
5103         alloc_gfp = gfp;
5104         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5105                 return 0;
5106         gfp = alloc_gfp;
5107
5108         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5109         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5110                 unsigned long mark;
5111
5112                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5113                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5114                         continue;
5115                 }
5116
5117                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5118                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5119                         goto failed;
5120                 }
5121
5122                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5123                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5124                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5125                                 alloc_flags, gfp)) {
5126                         break;
5127                 }
5128         }
5129
5130         /*
5131          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5132          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5133          */
5134         if (unlikely(!zone))
5135                 goto failed;
5136
5137         /* Attempt the batch allocation */
5138         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
5139         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
5140         pcp_list = &pcp->lists[ac.migratetype];
5141
5142         while (nr_populated < nr_pages) {
5143
5144                 /* Skip existing pages */
5145                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5146                         nr_populated++;
5147                         continue;
5148                 }
5149
5150                 page = __rmqueue_pcplist(zone, ac.migratetype, alloc_flags,
5151                                                                 pcp, pcp_list);
5152                 if (unlikely(!page)) {
5153                         /* Try and get at least one page */
5154                         if (!nr_populated)
5155                                 goto failed_irq;
5156                         break;
5157                 }
5158                 nr_account++;
5159
5160                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5161                 if (page_list)
5162                         list_add(&page->lru, page_list);
5163                 else
5164                         page_array[nr_populated] = page;
5165                 nr_populated++;
5166         }
5167
5168         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5169
5170         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5171         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5172
5173         return nr_populated;
5174
5175 failed_irq:
5176         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5177
5178 failed:
5179         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5180         if (page) {
5181                 if (page_list)
5182                         list_add(&page->lru, page_list);
5183                 else
5184                         page_array[nr_populated] = page;
5185                 nr_populated++;
5186         }
5187
5188         return nr_populated;
5189 }
5190 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5191
5192 /*
5193  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5194  */
5195 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5196                                                         nodemask_t *nodemask)
5197 {
5198         struct page *page;
5199         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5200         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5201         struct alloc_context ac = { };
5202
5203         /*
5204          * There are several places where we assume that the order value is sane
5205          * so bail out early if the request is out of bound.
5206          */
5207         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
5208                 WARN_ON_ONCE(!(gfp & __GFP_NOWARN));
5209                 return NULL;
5210         }
5211
5212         gfp &= gfp_allowed_mask;
5213         /*
5214          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5215          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5216          * from a particular context which has been marked by
5217          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5218          * movable zones are not used during allocation.
5219          */
5220         gfp = current_gfp_context(gfp);
5221         alloc_gfp = gfp;
5222         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5223                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5224                 return NULL;
5225
5226         /*
5227          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5228          * memory until all local zones are considered.
5229          */
5230         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5231
5232         /* First allocation attempt */
5233         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5234         if (likely(page))
5235                 goto out;
5236
5237         alloc_gfp = gfp;
5238         ac.spread_dirty_pages = false;
5239
5240         /*
5241          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5242          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5243          */
5244         ac.nodemask = nodemask;
5245
5246         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5247
5248 out:
5249         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5250             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5251                 __free_pages(page, order);
5252                 page = NULL;
5253         }
5254
5255         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5256
5257         return page;
5258 }
5259 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5260
5261 /*
5262  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5263  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5264  * you need to access high mem.
5265  */
5266 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5267 {
5268         struct page *page;
5269
5270         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5271         if (!page)
5272                 return 0;
5273         return (unsigned long) page_address(page);
5274 }
5275 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5276
5277 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5278 {
5279         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5280 }
5281 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5282
5283 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
5284 {
5285         if (order == 0)         /* Via pcp? */
5286                 free_unref_page(page);
5287         else
5288                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
5289 }
5290
5291 /**
5292  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5293  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5294  * @order: The order of the allocation.
5295  *
5296  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5297  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5298  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5299  * than was allocated will probably emit a warning.
5300  *
5301  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5302  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5303  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5304  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5305  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5306  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5307  *
5308  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5309  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5310  */
5311 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5312 {
5313         if (put_page_testzero(page))
5314                 free_the_page(page, order);
5315         else if (!PageHead(page))
5316                 while (order-- > 0)
5317                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5318 }
5319 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5320
5321 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5322 {
5323         if (addr != 0) {
5324                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5325                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5326         }
5327 }
5328
5329 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5330
5331 /*
5332  * Page Fragment:
5333  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5334  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5335  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5336  *
5337  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5338  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5339  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5340  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5341  */
5342 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5343                                              gfp_t gfp_mask)
5344 {
5345         struct page *page = NULL;
5346         gfp_t gfp = gfp_mask;
5347
5348 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5349         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5350                     __GFP_NOMEMALLOC;
5351         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5352                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5353         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5354 #endif
5355         if (unlikely(!page))
5356                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5357
5358         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5359
5360         return page;
5361 }
5362
5363 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5364 {
5365         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5366
5367         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5368                 free_the_page(page, compound_order(page));
5369 }
5370 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5371
5372 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5373                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5374                       unsigned int align_mask)
5375 {
5376         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5377         struct page *page;
5378         int offset;
5379
5380         if (unlikely(!nc->va)) {
5381 refill:
5382                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5383                 if (!page)
5384                         return NULL;
5385
5386 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5387                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5388                 size = nc->size;
5389 #endif
5390                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5391                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5392                  */
5393                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5394
5395                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5396                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5397                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5398                 nc->offset = size;
5399         }
5400
5401         offset = nc->offset - fragsz;
5402         if (unlikely(offset < 0)) {
5403                 page = virt_to_page(nc->va);
5404
5405                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5406                         goto refill;
5407
5408                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5409                         free_the_page(page, compound_order(page));
5410                         goto refill;
5411                 }
5412
5413 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5414                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5415                 size = nc->size;
5416 #endif
5417                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5418                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5419
5420                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5421                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5422                 offset = size - fragsz;
5423         }
5424
5425         nc->pagecnt_bias--;
5426         offset &= align_mask;
5427         nc->offset = offset;
5428
5429         return nc->va + offset;
5430 }
5431 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5432
5433 /*
5434  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5435  */
5436 void page_frag_free(void *addr)
5437 {
5438         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5439
5440         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5441                 free_the_page(page, compound_order(page));
5442 }
5443 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5444
5445 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5446                 size_t size)
5447 {
5448         if (addr) {
5449                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5450                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5451
5452                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5453                 while (used < alloc_end) {
5454                         free_page(used);
5455                         used += PAGE_SIZE;
5456                 }
5457         }
5458         return (void *)addr;
5459 }
5460
5461 /**
5462  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5463  * @size: the number of bytes to allocate
5464  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5465  *
5466  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5467  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5468  * allocate memory in power-of-two pages.
5469  *
5470  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5471  *
5472  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5473  *
5474  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5475  */
5476 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5477 {
5478         unsigned int order = get_order(size);
5479         unsigned long addr;
5480
5481         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5482                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5483
5484         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5485         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5486 }
5487 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5488
5489 /**
5490  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5491  *                         pages on a node.
5492  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5493  * @size: the number of bytes to allocate
5494  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5495  *
5496  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5497  * back.
5498  *
5499  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5500  */
5501 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5502 {
5503         unsigned int order = get_order(size);
5504         struct page *p;
5505
5506         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5507                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5508
5509         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5510         if (!p)
5511                 return NULL;
5512         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5513 }
5514
5515 /**
5516  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5517  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5518  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5519  *
5520  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5521  */
5522 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5523 {
5524         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5525         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5526
5527         while (addr < end) {
5528                 free_page(addr);
5529                 addr += PAGE_SIZE;
5530         }
5531 }
5532 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5533
5534 /**
5535  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5536  * @offset: The zone index of the highest zone
5537  *
5538  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5539  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5540  * zone, the number of pages is calculated as:
5541  *
5542  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5543  *
5544  * Return: number of pages beyond high watermark.
5545  */
5546 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5547 {
5548         struct zoneref *z;
5549         struct zone *zone;
5550
5551         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5552         unsigned long sum = 0;
5553
5554         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5555
5556         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5557                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5558                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5559                 if (size > high)
5560                         sum += size - high;
5561         }
5562
5563         return sum;
5564 }
5565
5566 /**
5567  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5568  *
5569  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5570  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5571  *
5572  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5573  * ZONE_NORMAL.
5574  */
5575 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5576 {
5577         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5578 }
5579 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5580
5581 static inline void show_node(struct zone *zone)
5582 {
5583         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5584                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5585 }
5586
5587 long si_mem_available(void)
5588 {
5589         long available;
5590         unsigned long pagecache;
5591         unsigned long wmark_low = 0;
5592         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5593         unsigned long reclaimable;
5594         struct zone *zone;
5595         int lru;
5596
5597         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5598                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5599
5600         for_each_zone(zone)
5601                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5602
5603         /*
5604          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5605          * without causing swapping.
5606          */
5607         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5608
5609         /*
5610          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5611          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5612          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5613          */
5614         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5615         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5616         available += pagecache;
5617
5618         /*
5619          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5620          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5621          * low watermark.
5622          */
5623         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5624                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5625         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5626
5627         if (available < 0)
5628                 available = 0;
5629         return available;
5630 }
5631 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5632
5633 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5634 {
5635         val->totalram = totalram_pages();
5636         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5637         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5638         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5639         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5640         val->freehigh = nr_free_highpages();
5641         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5642 }
5643
5644 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5645
5646 #ifdef CONFIG_NUMA
5647 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5648 {
5649         int zone_type;          /* needs to be signed */
5650         unsigned long managed_pages = 0;
5651         unsigned long managed_highpages = 0;
5652         unsigned long free_highpages = 0;
5653         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5654
5655         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5656                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5657         val->totalram = managed_pages;
5658         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5659         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5660 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5661         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5662                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5663
5664                 if (is_highmem(zone)) {
5665                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5666                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5667                 }
5668         }
5669         val->totalhigh = managed_highpages;
5670         val->freehigh = free_highpages;
5671 #else
5672         val->totalhigh = managed_highpages;
5673         val->freehigh = free_highpages;
5674 #endif
5675         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5676 }
5677 #endif
5678
5679 /*
5680  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5681  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5682  */
5683 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5684 {
5685         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5686                 return false;
5687
5688         /*
5689          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5690          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5691          * have to be precise here.
5692          */
5693         if (!nodemask)
5694                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5695
5696         return !node_isset(nid, *nodemask);
5697 }
5698
5699 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5700
5701 static void show_migration_types(unsigned char type)
5702 {
5703         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5704                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5705                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5706                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5707                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5708 #ifdef CONFIG_CMA
5709                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5710 #endif
5711 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5712                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5713 #endif
5714         };
5715         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5716         char *p = tmp;
5717         int i;
5718
5719         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5720                 if (type & (1 << i))
5721                         *p++ = types[i];
5722         }
5723
5724         *p = '\0';
5725         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5726 }
5727
5728 /*
5729  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5730  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5731  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5732  *
5733  * Bits in @filter:
5734  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5735  *   cpuset.
5736  */
5737 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5738 {
5739         unsigned long free_pcp = 0;
5740         int cpu;
5741         struct zone *zone;
5742         pg_data_t *pgdat;
5743
5744         for_each_populated_zone(zone) {
5745                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5746                         continue;
5747
5748                 for_each_online_cpu(cpu)
5749                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5750         }
5751
5752         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5753                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5754                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5755                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5756                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5757                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5758                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5759                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5760                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5761                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5762                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5763                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5764                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5765                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5766                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5767                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5768                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5769                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5770                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5771                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5772                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5773                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5774                 free_pcp,
5775                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5776
5777         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5778                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5779                         continue;
5780
5781                 printk("Node %d"
5782                         " active_anon:%lukB"
5783                         " inactive_anon:%lukB"
5784                         " active_file:%lukB"
5785                         " inactive_file:%lukB"
5786                         " unevictable:%lukB"
5787                         " isolated(anon):%lukB"
5788                         " isolated(file):%lukB"
5789                         " mapped:%lukB"
5790                         " dirty:%lukB"
5791                         " writeback:%lukB"
5792                         " shmem:%lukB"
5793 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5794                         " shmem_thp: %lukB"
5795                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5796                         " anon_thp: %lukB"
5797 #endif
5798                         " writeback_tmp:%lukB"
5799                         " kernel_stack:%lukB"
5800 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5801                         " shadow_call_stack:%lukB"
5802 #endif
5803                         " pagetables:%lukB"
5804                         " all_unreclaimable? %s"
5805                         "\n",
5806                         pgdat->node_id,
5807                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5808                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5809                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5810                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5811                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5812                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5813                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5814                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5815                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5816                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5817                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5818 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5819                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
5820                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
5821                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
5822 #endif
5823                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5824                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5825 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5826                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5827 #endif
5828                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
5829                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5830                                 "yes" : "no");
5831         }
5832
5833         for_each_populated_zone(zone) {
5834                 int i;
5835
5836                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5837                         continue;
5838
5839                 free_pcp = 0;
5840                 for_each_online_cpu(cpu)
5841                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5842
5843                 show_node(zone);
5844                 printk(KERN_CONT
5845                         "%s"
5846                         " free:%lukB"
5847                         " min:%lukB"
5848                         " low:%lukB"
5849                         " high:%lukB"
5850                         " reserved_highatomic:%luKB"
5851                         " active_anon:%lukB"
5852                         " inactive_anon:%lukB"
5853                         " active_file:%lukB"
5854                         " inactive_file:%lukB"
5855                         " unevictable:%lukB"
5856                         " writepending:%lukB"
5857                         " present:%lukB"
5858                         " managed:%lukB"
5859                         " mlocked:%lukB"
5860                         " bounce:%lukB"
5861                         " free_pcp:%lukB"
5862                         " local_pcp:%ukB"
5863                         " free_cma:%lukB"
5864                         "\n",
5865                         zone->name,
5866                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5867                         K(min_wmark_pages(zone)),
5868                         K(low_wmark_pages(zone)),
5869                         K(high_wmark_pages(zone)),
5870                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5871                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5872                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5873                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5874                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5875                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5876                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5877                         K(zone->present_pages),
5878                         K(zone_managed_pages(zone)),
5879                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5880                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5881                         K(free_pcp),
5882                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
5883                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5884                 printk("lowmem_reserve[]:");
5885                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5886                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5887                 printk(KERN_CONT "\n");
5888         }
5889
5890         for_each_populated_zone(zone) {
5891                 unsigned int order;
5892                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5893                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5894
5895                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5896                         continue;
5897                 show_node(zone);
5898                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5899
5900                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5901                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5902                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5903                         int type;
5904
5905                         nr[order] = area->nr_free;
5906                         total += nr[order] << order;
5907
5908                         types[order] = 0;
5909                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5910                                 if (!free_area_empty(area, type))
5911                                         types[order] |= 1 << type;
5912                         }
5913                 }
5914                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5915                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5916                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5917                                nr[order], K(1UL) << order);
5918                         if (nr[order])
5919                                 show_migration_types(types[order]);
5920                 }
5921                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5922         }
5923
5924         hugetlb_show_meminfo();
5925
5926         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5927
5928         show_swap_cache_info();
5929 }
5930
5931 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5932 {
5933         zoneref->zone = zone;
5934         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5935 }
5936
5937 /*
5938  * Builds allocation fallback zone lists.
5939  *
5940  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5941  */
5942 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5943 {
5944         struct zone *zone;
5945         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5946         int nr_zones = 0;
5947
5948         do {
5949                 zone_type--;
5950                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5951                 if (managed_zone(zone)) {
5952                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5953                         check_highest_zone(zone_type);
5954                 }
5955         } while (zone_type);
5956
5957         return nr_zones;
5958 }
5959
5960 #ifdef CONFIG_NUMA
5961
5962 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5963 {
5964         /*
5965          * We used to support different zonelists modes but they turned
5966          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5967          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5968          * not fail it silently
5969          */
5970         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5971                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5972                 return -EINVAL;
5973         }
5974         return 0;
5975 }
5976
5977 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5978
5979 /*
5980  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5981  */
5982 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5983                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5984 {
5985         if (write)
5986                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5987         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5988 }
5989
5990
5991 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5992 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5993
5994 /**
5995  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5996  * @node: node whose fallback list we're appending
5997  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5998  *
5999  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6000  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6001  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6002  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6003  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6004  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6005  * on them otherwise.
6006  *
6007  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6008  */
6009 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6010 {
6011         int n, val;
6012         int min_val = INT_MAX;
6013         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6014
6015         /* Use the local node if we haven't already */
6016         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6017                 node_set(node, *used_node_mask);
6018                 return node;
6019         }
6020
6021         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6022
6023                 /* Don't want a node to appear more than once */
6024                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6025                         continue;
6026
6027                 /* Use the distance array to find the distance */
6028                 val = node_distance(node, n);
6029
6030                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6031                 val += (n < node);
6032
6033                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6034                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6035                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6036
6037                 /* Slight preference for less loaded node */
6038                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
6039                 val += node_load[n];
6040
6041                 if (val < min_val) {
6042                         min_val = val;
6043                         best_node = n;
6044                 }
6045         }
6046
6047         if (best_node >= 0)
6048                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6049
6050         return best_node;
6051 }
6052
6053
6054 /*
6055  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6056  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6057  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6058  */
6059 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6060                 unsigned nr_nodes)
6061 {
6062         struct zoneref *zonerefs;
6063         int i;
6064
6065         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6066
6067         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6068                 int nr_zones;
6069
6070                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6071
6072                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6073                 zonerefs += nr_zones;
6074         }
6075         zonerefs->zone = NULL;
6076         zonerefs->zone_idx = 0;
6077 }
6078
6079 /*
6080  * Build gfp_thisnode zonelists
6081  */
6082 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6083 {
6084         struct zoneref *zonerefs;
6085         int nr_zones;
6086
6087         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6088         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6089         zonerefs += nr_zones;
6090         zonerefs->zone = NULL;
6091         zonerefs->zone_idx = 0;
6092 }
6093
6094 /*
6095  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6096  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6097  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6098  * may still exist in local DMA zone.
6099  */
6100
6101 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6102 {
6103         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6104         int node, load, nr_nodes = 0;
6105         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6106         int local_node, prev_node;
6107
6108         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6109         local_node = pgdat->node_id;
6110         load = nr_online_nodes;
6111         prev_node = local_node;
6112
6113         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6114         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6115                 /*
6116                  * We don't want to pressure a particular node.
6117                  * So adding penalty to the first node in same
6118                  * distance group to make it round-robin.
6119                  */
6120                 if (node_distance(local_node, node) !=
6121                     node_distance(local_node, prev_node))
6122                         node_load[node] = load;
6123
6124                 node_order[nr_nodes++] = node;
6125                 prev_node = node;
6126                 load--;
6127         }
6128
6129         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6130         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6131 }
6132
6133 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6134 /*
6135  * Return node id of node used for "local" allocations.
6136  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6137  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6138  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6139  */
6140 int local_memory_node(int node)
6141 {
6142         struct zoneref *z;
6143
6144         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6145                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6146                                    NULL);
6147         return zone_to_nid(z->zone);
6148 }
6149 #endif
6150
6151 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6152 static void setup_min_slab_ratio(void);
6153 #else   /* CONFIG_NUMA */
6154
6155 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6156 {
6157         int node, local_node;
6158         struct zoneref *zonerefs;
6159         int nr_zones;
6160
6161         local_node = pgdat->node_id;
6162
6163         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6164         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6165         zonerefs += nr_zones;
6166
6167         /*
6168          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6169          * of all the other nodes.
6170          * We don't want to pressure a particular node, so when
6171          * building the zones for node N, we make sure that the
6172          * zones coming right after the local ones are those from
6173          * node N+1 (modulo N)
6174          */
6175         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6176                 if (!node_online(node))
6177                         continue;
6178                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6179                 zonerefs += nr_zones;
6180         }
6181         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6182                 if (!node_online(node))
6183                         continue;
6184                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6185                 zonerefs += nr_zones;
6186         }
6187
6188         zonerefs->zone = NULL;
6189         zonerefs->zone_idx = 0;
6190 }
6191
6192 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6193
6194 /*
6195  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6196  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6197  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6198  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6199  * with interrupts disabled.
6200  *
6201  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6202  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6203  * hotplugged processors.
6204  *
6205  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6206  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6207  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6208  */
6209 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6210 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6211 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6212 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6213 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6214 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6215 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6216
6217 static void __build_all_zonelists(void *data)
6218 {
6219         int nid;
6220         int __maybe_unused cpu;
6221         pg_data_t *self = data;
6222         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6223
6224         spin_lock(&lock);
6225
6226 #ifdef CONFIG_NUMA
6227         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6228 #endif
6229
6230         /*
6231          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6232          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6233          */
6234         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6235                 build_zonelists(self);
6236         } else {
6237                 for_each_online_node(nid) {
6238                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6239
6240                         build_zonelists(pgdat);
6241                 }
6242
6243 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6244                 /*
6245                  * We now know the "local memory node" for each node--
6246                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6247                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6248                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6249                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6250                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6251                  */
6252                 for_each_online_cpu(cpu)
6253                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6254 #endif
6255         }
6256
6257         spin_unlock(&lock);
6258 }
6259
6260 static noinline void __init
6261 build_all_zonelists_init(void)
6262 {
6263         int cpu;
6264
6265         __build_all_zonelists(NULL);
6266
6267         /*
6268          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6269          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6270          * each zone will be allocated later when the per cpu
6271          * allocator is available.
6272          *
6273          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6274          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6275          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6276          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6277          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6278          * (a chicken-egg dilemma).
6279          */
6280         for_each_possible_cpu(cpu)
6281                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6282
6283         mminit_verify_zonelist();
6284         cpuset_init_current_mems_allowed();
6285 }
6286
6287 /*
6288  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6289  *
6290  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6291  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6292  */
6293 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6294 {
6295         unsigned long vm_total_pages;
6296
6297         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6298                 build_all_zonelists_init();
6299         } else {
6300                 __build_all_zonelists(pgdat);
6301                 /* cpuset refresh routine should be here */
6302         }
6303         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6304         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6305         /*
6306          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6307          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6308          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6309          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6310          * disabled and enable it later
6311          */
6312         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6313                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6314         else
6315                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6316
6317         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6318                 nr_online_nodes,
6319                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6320                 vm_total_pages);
6321 #ifdef CONFIG_NUMA
6322         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6323 #endif
6324 }
6325
6326 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6327 static bool __meminit
6328 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6329 {
6330         static struct memblock_region *r;
6331
6332         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6333                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6334                         for_each_mem_region(r) {
6335                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6336                                         break;
6337                         }
6338                 }
6339                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6340                     memblock_is_mirror(r)) {
6341                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6342                         return true;
6343                 }
6344         }
6345         return false;
6346 }
6347
6348 /*
6349  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6350  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6351  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6352  *
6353  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6354  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6355  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6356  */
6357 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6358                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6359                 enum meminit_context context,
6360                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6361 {
6362         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6363         struct page *page;
6364
6365         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6366                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6367
6368 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6369         /*
6370          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6371          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6372          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6373          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6374          * the hotplug lock.
6375          */
6376         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6377                 if (!altmap)
6378                         return;
6379
6380                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6381                         start_pfn += altmap->reserve;
6382                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6383         }
6384 #endif
6385
6386         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6387                 /*
6388                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6389                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6390                  */
6391                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6392                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6393                                 continue;
6394                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6395                                 break;
6396                 }
6397
6398                 page = pfn_to_page(pfn);
6399                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6400                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6401                         __SetPageReserved(page);
6402
6403                 /*
6404                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6405                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6406                  * over the place during system boot.
6407                  */
6408                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6409                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6410                         cond_resched();
6411                 }
6412                 pfn++;
6413         }
6414 }
6415
6416 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6417 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6418                                    unsigned long start_pfn,
6419                                    unsigned long nr_pages,
6420                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6421 {
6422         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6423         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6424         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6425         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6426         unsigned long start = jiffies;
6427         int nid = pgdat->node_id;
6428
6429         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6430                 return;
6431
6432         /*
6433          * The call to memmap_init should have already taken care
6434          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6435          * the end of that region and start processing the device pages.
6436          */
6437         if (altmap) {
6438                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6439                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6440         }
6441
6442         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6443                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6444
6445                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6446
6447                 /*
6448                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6449                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6450                  *
6451                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6452                  * the flag as we are still initializing the pages.
6453                  */
6454                 __SetPageReserved(page);
6455
6456                 /*
6457                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6458                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6459                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6460                  */
6461                 page->pgmap = pgmap;
6462                 page->zone_device_data = NULL;
6463
6464                 /*
6465                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6466                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6467                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6468                  * the address space during boot when many long-lived
6469                  * kernel allocations are made.
6470                  *
6471                  * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6472                  * because this is done early in section_activate()
6473                  */
6474                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6475                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6476                         cond_resched();
6477                 }
6478         }
6479
6480         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6481                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6482 }
6483
6484 #endif
6485 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6486 {
6487         unsigned int order, t;
6488         for_each_migratetype_order(order, t) {
6489                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6490                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6491         }
6492 }
6493
6494 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6495 /*
6496  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6497  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6498  * memmap_init_zone_range().
6499  *
6500  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6501  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6502  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6503  *   arbitrary section size
6504  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6505  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6506  *   nicely with memmap sections
6507  *
6508  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6509  * - PG_Reserved is set
6510  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6511  *   hole is in the middle of a zone
6512  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6513  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6514  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6515  *   section that will be appended to the zone/node below.
6516  */
6517 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6518                                           unsigned long epfn,
6519                                           int zone, int node)
6520 {
6521         unsigned long pfn;
6522         u64 pgcnt = 0;
6523
6524         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6525                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6526                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6527                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6528                         continue;
6529                 }
6530                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6531                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6532                 pgcnt++;
6533         }
6534
6535         if (pgcnt)
6536                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6537                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6538 }
6539 #else
6540 static inline void init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6541                                           unsigned long epfn,
6542                                           int zone, int node)
6543 {
6544 }
6545 #endif
6546
6547 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6548                                           unsigned long start_pfn,
6549                                           unsigned long end_pfn,
6550                                           unsigned long *hole_pfn)
6551 {
6552         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6553         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6554         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6555
6556         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6557         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6558
6559         if (start_pfn >= end_pfn)
6560                 return;
6561
6562         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6563                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6564
6565         if (*hole_pfn < start_pfn)
6566                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6567
6568         *hole_pfn = end_pfn;
6569 }
6570
6571 static void __init memmap_init(void)
6572 {
6573         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6574         unsigned long hole_pfn = 0;
6575         int i, j, zone_id, nid;
6576
6577         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6578                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6579
6580                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6581                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6582
6583                         if (!populated_zone(zone))
6584                                 continue;
6585
6586                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6587                                                &hole_pfn);
6588                         zone_id = j;
6589                 }
6590         }
6591
6592 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6593         /*
6594          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6595          * section_end].
6596          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6597          * node.
6598          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6599          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6600          * for FLATMEM it is a nop anyway
6601          */
6602         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6603         if (hole_pfn < end_pfn)
6604 #endif
6605                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
6606 }
6607
6608 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6609 {
6610 #ifdef CONFIG_MMU
6611         int batch;
6612
6613         /*
6614          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6615          * size of the zone.
6616          */
6617         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6618         /* But no more than a meg. */
6619         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6620                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6621         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6622         if (batch < 1)
6623                 batch = 1;
6624
6625         /*
6626          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6627          * of 2 value was found to be more likely to have
6628          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6629          *
6630          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6631          * batches of pages, one task can end up with a lot
6632          * of pages of one half of the possible page colors
6633          * and the other with pages of the other colors.
6634          */
6635         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6636
6637         return batch;
6638
6639 #else
6640         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6641          * conditions.
6642          *
6643          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6644          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6645          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6646          *
6647          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6648          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6649          * can be a significant delay between the individual batches being
6650          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6651          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6652          */
6653         return 0;
6654 #endif
6655 }
6656
6657 /*
6658  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6659  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6660  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6661  *
6662  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6663  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6664  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6665  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6666  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6667  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6668  *
6669  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6670  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6671  * exist).
6672  */
6673 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6674                 unsigned long batch)
6675 {
6676         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6677         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6678 }
6679
6680 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
6681 {
6682         int migratetype;
6683
6684         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
6685         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
6686
6687         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6688                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6689
6690         /*
6691          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6692          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6693          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6694          * pageset yet.
6695          */
6696         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6697         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6698 }
6699
6700 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6701                 unsigned long batch)
6702 {
6703         struct per_cpu_pages *pcp;
6704         int cpu;
6705
6706         for_each_possible_cpu(cpu) {
6707                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6708                 pageset_update(pcp, high, batch);
6709         }
6710 }
6711
6712 /*
6713  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6714  * zone, based on the zone's size and the percpu_pagelist_fraction sysctl.
6715  */
6716 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone)
6717 {
6718         unsigned long new_high, new_batch;
6719
6720         if (percpu_pagelist_fraction) {
6721                 new_high = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_fraction;
6722                 new_batch = max(1UL, new_high / 4);
6723                 if ((new_high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6724                         new_batch = PAGE_SHIFT * 8;
6725         } else {
6726                 new_batch = zone_batchsize(zone);
6727                 new_high = 6 * new_batch;
6728                 new_batch = max(1UL, 1 * new_batch);
6729         }
6730
6731         if (zone->pageset_high == new_high &&
6732             zone->pageset_batch == new_batch)
6733                 return;
6734
6735         zone->pageset_high = new_high;
6736         zone->pageset_batch = new_batch;
6737
6738         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
6739 }
6740
6741 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6742 {
6743         int cpu;
6744
6745         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
6746         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
6747                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
6748
6749         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
6750         for_each_possible_cpu(cpu) {
6751                 struct per_cpu_pages *pcp;
6752                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6753
6754                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6755                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6756                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
6757         }
6758
6759         zone_set_pageset_high_and_batch(zone);
6760 }
6761
6762 /*
6763  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6764  * Before this call only boot pagesets were available.
6765  */
6766 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6767 {
6768         struct pglist_data *pgdat;
6769         struct zone *zone;
6770         int __maybe_unused cpu;
6771
6772         for_each_populated_zone(zone)
6773                 setup_zone_pageset(zone);
6774
6775 #ifdef CONFIG_NUMA
6776         /*
6777          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6778          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6779          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6780          * the nodes these zones are associated with.
6781          */
6782         for_each_possible_cpu(cpu) {
6783                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
6784                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
6785                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
6786         }
6787 #endif
6788
6789         for_each_online_pgdat(pgdat)
6790                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6791                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6792 }
6793
6794 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6795 {
6796         /*
6797          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6798          * relies on the ability of the linker to provide the
6799          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6800          */
6801         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
6802         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
6803         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6804         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6805
6806         if (populated_zone(zone))
6807                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
6808                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
6809 }
6810
6811 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6812                                         unsigned long zone_start_pfn,
6813                                         unsigned long size)
6814 {
6815         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6816         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6817
6818         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6819                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6820
6821         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6822
6823         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6824                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6825                         pgdat->node_id,
6826                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6827                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6828
6829         zone_init_free_lists(zone);
6830         zone->initialized = 1;
6831 }
6832
6833 /**
6834  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6835  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6836  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6837  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6838  *
6839  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6840  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6841  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6842  * PFNs will be 0.
6843  */
6844 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6845                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6846 {
6847         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6848         int i;
6849
6850         *start_pfn = -1UL;
6851         *end_pfn = 0;
6852
6853         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6854                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6855                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6856         }
6857
6858         if (*start_pfn == -1UL)
6859                 *start_pfn = 0;
6860 }
6861
6862 /*
6863  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6864  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6865  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6866  */
6867 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6868 {
6869         int zone_index;
6870         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6871                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6872                         continue;
6873
6874                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6875                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6876                         break;
6877         }
6878
6879         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6880         movable_zone = zone_index;
6881 }
6882
6883 /*
6884  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6885  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6886  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6887  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6888  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6889  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6890  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6891  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6892  */
6893 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6894                                         unsigned long zone_type,
6895                                         unsigned long node_start_pfn,
6896                                         unsigned long node_end_pfn,
6897                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6898                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6899 {
6900         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6901         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6902                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6903                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6904                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6905                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6906                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6907
6908                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6909                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6910                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6911                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6912                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6913
6914                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6915                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6916                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6917         }
6918 }
6919
6920 /*
6921  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6922  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6923  */
6924 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6925                                         unsigned long zone_type,
6926                                         unsigned long node_start_pfn,
6927                                         unsigned long node_end_pfn,
6928                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6929                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6930 {
6931         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6932         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6933         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6934         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6935                 return 0;
6936
6937         /* Get the start and end of the zone */
6938         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6939         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6940         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6941                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6942                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6943
6944         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6945         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6946                 return 0;
6947
6948         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6949         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6950         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6951
6952         /* Return the spanned pages */
6953         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6954 }
6955
6956 /*
6957  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6958  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6959  */
6960 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6961                                 unsigned long range_start_pfn,
6962                                 unsigned long range_end_pfn)
6963 {
6964         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6965         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6966         int i;
6967
6968         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6969                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6970                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6971                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6972         }
6973         return nr_absent;
6974 }
6975
6976 /**
6977  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6978  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6979  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6980  *
6981  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6982  */
6983 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6984                                                         unsigned long end_pfn)
6985 {
6986         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6987 }
6988
6989 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6990 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6991                                         unsigned long zone_type,
6992                                         unsigned long node_start_pfn,
6993                                         unsigned long node_end_pfn)
6994 {
6995         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6996         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6997         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6998         unsigned long nr_absent;
6999
7000         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7001         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7002                 return 0;
7003
7004         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7005         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7006
7007         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7008                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7009                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7010         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7011
7012         /*
7013          * ZONE_MOVABLE handling.
7014          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7015          * and vice versa.
7016          */
7017         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7018                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7019                 struct memblock_region *r;
7020
7021                 for_each_mem_region(r) {
7022                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7023                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7024                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7025                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7026
7027                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7028                             memblock_is_mirror(r))
7029                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7030
7031                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7032                             !memblock_is_mirror(r))
7033                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7034                 }
7035         }
7036
7037         return nr_absent;
7038 }
7039
7040 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7041                                                 unsigned long node_start_pfn,
7042                                                 unsigned long node_end_pfn)
7043 {
7044         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7045         enum zone_type i;
7046
7047         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7048                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7049                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7050                 unsigned long spanned, absent;
7051                 unsigned long size, real_size;
7052
7053                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7054                                                      node_start_pfn,
7055                                                      node_end_pfn,
7056                                                      &zone_start_pfn,
7057                                                      &zone_end_pfn);
7058                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7059                                                    node_start_pfn,
7060                                                    node_end_pfn);
7061
7062                 size = spanned;
7063                 real_size = size - absent;
7064
7065                 if (size)
7066                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7067                 else
7068                         zone->zone_start_pfn = 0;
7069                 zone->spanned_pages = size;
7070                 zone->present_pages = real_size;
7071
7072                 totalpages += size;
7073                 realtotalpages += real_size;
7074         }
7075
7076         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7077         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7078         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7079 }
7080
7081 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7082 /*
7083  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7084  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7085  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7086  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7087  * bytes.
7088  */
7089 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7090 {
7091         unsigned long usemapsize;
7092
7093         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7094         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7095         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7096         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7097         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7098
7099         return usemapsize / 8;
7100 }
7101
7102 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7103 {
7104         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7105                                                zone->spanned_pages);
7106         zone->pageblock_flags = NULL;
7107         if (usemapsize) {
7108                 zone->pageblock_flags =
7109                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7110                                             zone_to_nid(zone));
7111                 if (!zone->pageblock_flags)
7112                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7113                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7114         }
7115 }
7116 #else
7117 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7118 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7119
7120 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7121
7122 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7123 void __init set_pageblock_order(void)
7124 {
7125         unsigned int order;
7126
7127         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7128         if (pageblock_order)
7129                 return;
7130
7131         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
7132                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7133         else
7134                 order = MAX_ORDER - 1;
7135
7136         /*
7137          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7138          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7139          * powerpc.
7140          */
7141         pageblock_order = order;
7142 }
7143 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7144
7145 /*
7146  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7147  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7148  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7149  * the kernel config
7150  */
7151 void __init set_pageblock_order(void)
7152 {
7153 }
7154
7155 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7156
7157 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7158                                                 unsigned long present_pages)
7159 {
7160         unsigned long pages = spanned_pages;
7161
7162         /*
7163          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7164          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7165          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7166          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7167          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7168          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7169          */
7170         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7171             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7172                 pages = present_pages;
7173
7174         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7175 }
7176
7177 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7178 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7179 {
7180         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7181
7182         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7183         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7184         ds_queue->split_queue_len = 0;
7185 }
7186 #else
7187 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7188 #endif
7189
7190 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7191 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7192 {
7193         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7194 }
7195 #else
7196 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7197 #endif
7198
7199 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7200 {
7201         pgdat_resize_init(pgdat);
7202
7203         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7204         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7205
7206         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7207         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7208
7209         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7210         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7211 }
7212
7213 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7214                                                         unsigned long remaining_pages)
7215 {
7216         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7217         zone_set_nid(zone, nid);
7218         zone->name = zone_names[idx];
7219         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7220         spin_lock_init(&zone->lock);
7221         zone_seqlock_init(zone);
7222         zone_pcp_init(zone);
7223 }
7224
7225 /*
7226  * Set up the zone data structures
7227  * - init pgdat internals
7228  * - init all zones belonging to this node
7229  *
7230  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7231  */
7232 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7233 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
7234 {
7235         enum zone_type z;
7236         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7237
7238         pgdat_init_internals(pgdat);
7239         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7240                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7241 }
7242 #endif
7243
7244 /*
7245  * Set up the zone data structures:
7246  *   - mark all pages reserved
7247  *   - mark all memory queues empty
7248  *   - clear the memory bitmaps
7249  *
7250  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7251  * NOTE: this function is only called during early init.
7252  */
7253 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7254 {
7255         enum zone_type j;
7256         int nid = pgdat->node_id;
7257
7258         pgdat_init_internals(pgdat);
7259         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7260
7261         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7262                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7263                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7264
7265                 size = zone->spanned_pages;
7266                 freesize = zone->present_pages;
7267
7268                 /*
7269                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7270                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7271                  * and per-cpu initialisations
7272                  */
7273                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7274                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7275                         if (freesize >= memmap_pages) {
7276                                 freesize -= memmap_pages;
7277                                 if (memmap_pages)
7278                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7279                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7280                         } else
7281                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
7282                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7283                 }
7284
7285                 /* Account for reserved pages */
7286                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7287                         freesize -= dma_reserve;
7288                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7289                 }
7290
7291                 if (!is_highmem_idx(j))
7292                         nr_kernel_pages += freesize;
7293                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7294                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7295                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7296                 nr_all_pages += freesize;
7297
7298                 /*
7299                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7300                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7301                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7302                  */
7303                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7304
7305                 if (!size)
7306                         continue;
7307
7308                 set_pageblock_order();
7309                 setup_usemap(zone);
7310                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7311         }
7312 }
7313
7314 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
7315 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7316 {
7317         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7318         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7319
7320         /* Skip empty nodes */
7321         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7322                 return;
7323
7324         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7325         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7326         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7327         if (!pgdat->node_mem_map) {
7328                 unsigned long size, end;
7329                 struct page *map;
7330
7331                 /*
7332                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7333                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7334                  * for the buddy allocator to function correctly.
7335                  */
7336                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7337                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7338                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7339                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
7340                                           pgdat->node_id);
7341                 if (!map)
7342                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7343                               size, pgdat->node_id);
7344                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7345         }
7346         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7347                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7348                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7349 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
7350         /*
7351          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7352          */
7353         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7354                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7355                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7356                         mem_map -= offset;
7357         }
7358 #endif
7359 }
7360 #else
7361 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7362 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7363
7364 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7365 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7366 {
7367         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7368 }
7369 #else
7370 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7371 #endif
7372
7373 static void __init free_area_init_node(int nid)
7374 {
7375         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7376         unsigned long start_pfn = 0;
7377         unsigned long end_pfn = 0;
7378
7379         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7380         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7381
7382         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7383
7384         pgdat->node_id = nid;
7385         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7386         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7387
7388         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7389                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7390                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7391         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7392
7393         alloc_node_mem_map(pgdat);
7394         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7395
7396         free_area_init_core(pgdat);
7397 }
7398
7399 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7400 {
7401         free_area_init_node(nid);
7402 }
7403
7404 #if MAX_NUMNODES > 1
7405 /*
7406  * Figure out the number of possible node ids.
7407  */
7408 void __init setup_nr_node_ids(void)
7409 {
7410         unsigned int highest;
7411
7412         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7413         nr_node_ids = highest + 1;
7414 }
7415 #endif
7416
7417 /**
7418  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7419  *
7420  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7421  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7422  * all the nodes.
7423  *
7424  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7425  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7426  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7427  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7428  *
7429  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7430  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7431  * populated node map.
7432  *
7433  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7434  * requirement (single node).
7435  */
7436 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7437 {
7438         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7439         unsigned long start, end, mask;
7440         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7441         int i, nid;
7442
7443         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7444                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7445                         last_nid = nid;
7446                         last_end = end;
7447                         continue;
7448                 }
7449
7450                 /*
7451                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7452                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7453                  * too coarse to separate the current node from the last.
7454                  */
7455                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7456                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7457                         mask <<= 1;
7458
7459                 /* accumulate all internode masks */
7460                 accl_mask |= mask;
7461         }
7462
7463         /* convert mask to number of pages */
7464         return ~accl_mask + 1;
7465 }
7466
7467 /**
7468  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7469  *
7470  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7471  * memblock_set_node().
7472  */
7473 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7474 {
7475         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7476 }
7477
7478 /*
7479  * early_calculate_totalpages()
7480  * Sum pages in active regions for movable zone.
7481  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7482  */
7483 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7484 {
7485         unsigned long totalpages = 0;
7486         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7487         int i, nid;
7488
7489         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7490                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7491
7492                 totalpages += pages;
7493                 if (pages)
7494                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7495         }
7496         return totalpages;
7497 }
7498
7499 /*
7500  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7501  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7502  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7503  * others
7504  */
7505 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7506 {
7507         int i, nid;
7508         unsigned long usable_startpfn;
7509         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7510         /* save the state before borrow the nodemask */
7511         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7512         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7513         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7514         struct memblock_region *r;
7515
7516         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7517         find_usable_zone_for_movable();
7518
7519         /*
7520          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7521          * options.
7522          */
7523         if (movable_node_is_enabled()) {
7524                 for_each_mem_region(r) {
7525                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7526                                 continue;
7527
7528                         nid = memblock_get_region_node(r);
7529
7530                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7531                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7532                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7533                                 usable_startpfn;
7534                 }
7535
7536                 goto out2;
7537         }
7538
7539         /*
7540          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7541          */
7542         if (mirrored_kernelcore) {
7543                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7544
7545                 for_each_mem_region(r) {
7546                         if (memblock_is_mirror(r))
7547                                 continue;
7548
7549                         nid = memblock_get_region_node(r);
7550
7551                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7552
7553                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7554                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7555                                 continue;
7556                         }
7557
7558                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7559                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7560                                 usable_startpfn;
7561                 }
7562
7563                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7564                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7565
7566                 goto out2;
7567         }
7568
7569         /*
7570          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7571          * amount of necessary memory.
7572          */
7573         if (required_kernelcore_percent)
7574                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7575                                        10000UL;
7576         if (required_movablecore_percent)
7577                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7578                                         10000UL;
7579
7580         /*
7581          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7582          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7583          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7584          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7585          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7586          * what movablecore would have allowed.
7587          */
7588         if (required_movablecore) {
7589                 unsigned long corepages;
7590
7591                 /*
7592                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7593                  * was requested by the user
7594                  */
7595                 required_movablecore =
7596                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7597                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7598                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7599
7600                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7601         }
7602
7603         /*
7604          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7605          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7606          */
7607         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7608                 goto out;
7609
7610         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7611         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7612
7613 restart:
7614         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7615         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7616         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7617                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7618
7619                 /*
7620                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7621                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7622                  * amount of memory for the kernel
7623                  */
7624                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7625                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7626
7627                 /*
7628                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7629                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7630                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7631                  */
7632                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7633
7634                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7635                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7636                         unsigned long size_pages;
7637
7638                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7639                         if (start_pfn >= end_pfn)
7640                                 continue;
7641
7642                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7643                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7644                                 unsigned long kernel_pages;
7645                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7646                                                                 - start_pfn;
7647
7648                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7649                                                         kernelcore_remaining);
7650                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7651                                                         required_kernelcore);
7652
7653                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7654                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7655
7656                                         /*
7657                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7658                                          * that if we have to rebalance
7659                                          * kernelcore across nodes, we will
7660                                          * not double account here
7661                                          */
7662                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7663                                         continue;
7664                                 }
7665                                 start_pfn = usable_startpfn;
7666                         }
7667
7668                         /*
7669                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7670                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7671                          * number of pages used as kernelcore
7672                          */
7673                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7674                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7675                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7676                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7677
7678                         /*
7679                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7680                          * break if the kernelcore for this node has been
7681                          * satisfied
7682                          */
7683                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7684                                                                 size_pages);
7685                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7686                         if (!kernelcore_remaining)
7687                                 break;
7688                 }
7689         }
7690
7691         /*
7692          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7693          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7694          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7695          * satisfied
7696          */
7697         usable_nodes--;
7698         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7699                 goto restart;
7700
7701 out2:
7702         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7703         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7704                 zone_movable_pfn[nid] =
7705                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7706
7707 out:
7708         /* restore the node_state */
7709         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7710 }
7711
7712 /* Any regular or high memory on that node ? */
7713 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7714 {
7715         enum zone_type zone_type;
7716
7717         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7718                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7719                 if (populated_zone(zone)) {
7720                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7721                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7722                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7723                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7724                         break;
7725                 }
7726         }
7727 }
7728
7729 /*
7730  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7731  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7732  */
7733 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7734 {
7735         return false;
7736 }
7737
7738 /**
7739  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7740  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7741  *
7742  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7743  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7744  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7745  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7746  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7747  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7748  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7749  * at arch_max_dma_pfn.
7750  */
7751 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7752 {
7753         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7754         int i, nid, zone;
7755         bool descending;
7756
7757         /* Record where the zone boundaries are */
7758         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7759                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7760         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7761                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7762
7763         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7764         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7765
7766         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7767                 if (descending)
7768                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7769                 else
7770                         zone = i;
7771
7772                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7773                         continue;
7774
7775                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7776                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7777                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7778
7779                 start_pfn = end_pfn;
7780         }
7781
7782         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7783         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7784         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7785
7786         /* Print out the zone ranges */
7787         pr_info("Zone ranges:\n");
7788         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7789                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7790                         continue;
7791                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7792                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7793                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7794                         pr_cont("empty\n");
7795                 else
7796                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7797                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7798                                         << PAGE_SHIFT,
7799                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7800                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7801         }
7802
7803         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7804         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7805         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7806                 if (zone_movable_pfn[i])
7807                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7808                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7809         }
7810
7811         /*
7812          * Print out the early node map, and initialize the
7813          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7814          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7815          */
7816         pr_info("Early memory node ranges\n");
7817         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7818                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7819                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7820                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7821                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7822         }
7823
7824         /* Initialise every node */
7825         mminit_verify_pageflags_layout();
7826         setup_nr_node_ids();
7827         for_each_online_node(nid) {
7828                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7829                 free_area_init_node(nid);
7830
7831                 /* Any memory on that node */
7832                 if (pgdat->node_present_pages)
7833                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7834                 check_for_memory(pgdat, nid);
7835         }
7836
7837         memmap_init();
7838 }
7839
7840 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7841                                      unsigned long *percent)
7842 {
7843         unsigned long long coremem;
7844         char *endptr;
7845
7846         if (!p)
7847                 return -EINVAL;
7848
7849         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7850         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7851         if (*endptr == '%') {
7852                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7853                 WARN_ON(coremem > 100);
7854
7855                 *percent = coremem;
7856         } else {
7857                 coremem = memparse(p, &p);
7858                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7859                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7860
7861                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7862                 *percent = 0UL;
7863         }
7864         return 0;
7865 }
7866
7867 /*
7868  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7869  * cannot be reclaimed or migrated.
7870  */
7871 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7872 {
7873         /* parse kernelcore=mirror */
7874         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7875                 mirrored_kernelcore = true;
7876                 return 0;
7877         }
7878
7879         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7880                                   &required_kernelcore_percent);
7881 }
7882
7883 /*
7884  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7885  * can be reclaimed or migrated.
7886  */
7887 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7888 {
7889         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7890                                   &required_movablecore_percent);
7891 }
7892
7893 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7894 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7895
7896 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7897 {
7898         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7899         totalram_pages_add(count);
7900 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7901         if (PageHighMem(page))
7902                 totalhigh_pages_add(count);
7903 #endif
7904 }
7905 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7906
7907 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7908 {
7909         void *pos;
7910         unsigned long pages = 0;
7911
7912         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7913         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7914         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7915                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7916                 void *direct_map_addr;
7917
7918                 /*
7919                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7920                  * because some architectures' virt_to_page()
7921                  * work with aliases.  Getting the direct map
7922                  * address ensures that we get a _writeable_
7923                  * alias for the memset().
7924                  */
7925                 direct_map_addr = page_address(page);
7926                 /*
7927                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
7928                  * has not been initialized.
7929                  */
7930                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
7931                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7932                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7933
7934                 free_reserved_page(page);
7935         }
7936
7937         if (pages && s)
7938                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7939                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7940
7941         return pages;
7942 }
7943
7944 void __init mem_init_print_info(void)
7945 {
7946         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7947         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7948
7949         physpages = get_num_physpages();
7950         codesize = _etext - _stext;
7951         datasize = _edata - _sdata;
7952         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7953         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7954         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7955         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7956
7957         /*
7958          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7959          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7960          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7961          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7962          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7963          */
7964 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7965         do { \
7966                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7967                         size -= adj; \
7968         } while (0)
7969
7970         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7971                      _sinittext, init_code_size);
7972         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7973         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7974         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7975         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7976
7977 #undef  adj_init_size
7978
7979         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7980 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7981                 ", %luK highmem"
7982 #endif
7983                 ")\n",
7984                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7985                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7986                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7987                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7988                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7989                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10)
7990 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7991                 , totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10)
7992 #endif
7993                 );
7994 }
7995
7996 /**
7997  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7998  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7999  *
8000  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8001  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8002  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8003  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8004  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8005  * smaller per-cpu batchsize.
8006  */
8007 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8008 {
8009         dma_reserve = new_dma_reserve;
8010 }
8011
8012 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8013 {
8014
8015         lru_add_drain_cpu(cpu);
8016         drain_pages(cpu);
8017
8018         /*
8019          * Spill the event counters of the dead processor
8020          * into the current processors event counters.
8021          * This artificially elevates the count of the current
8022          * processor.
8023          */
8024         vm_events_fold_cpu(cpu);
8025
8026         /*
8027          * Zero the differential counters of the dead processor
8028          * so that the vm statistics are consistent.
8029          *
8030          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8031          * race with what we are doing.
8032          */
8033         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8034         return 0;
8035 }
8036
8037 #ifdef CONFIG_NUMA
8038 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8039
8040 static int __init set_hashdist(char *str)
8041 {
8042         if (!str)
8043                 return 0;
8044         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8045         return 1;
8046 }
8047 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8048 #endif
8049
8050 void __init page_alloc_init(void)
8051 {
8052         int ret;
8053
8054 #ifdef CONFIG_NUMA
8055         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8056                 hashdist = 0;
8057 #endif
8058
8059         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
8060                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
8061                                         page_alloc_cpu_dead);
8062         WARN_ON(ret < 0);
8063 }
8064
8065 /*
8066  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8067  *      or min_free_kbytes changes.
8068  */
8069 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8070 {
8071         struct pglist_data *pgdat;
8072         unsigned long reserve_pages = 0;
8073         enum zone_type i, j;
8074
8075         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8076
8077                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8078
8079                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8080                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8081                         long max = 0;
8082                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8083
8084                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8085                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8086                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8087                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8088                         }
8089
8090                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8091                         max += high_wmark_pages(zone);
8092
8093                         if (max > managed_pages)
8094                                 max = managed_pages;
8095
8096                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8097
8098                         reserve_pages += max;
8099                 }
8100         }
8101         totalreserve_pages = reserve_pages;
8102 }
8103
8104 /*
8105  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8106  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8107  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8108  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8109  */
8110 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8111 {
8112         struct pglist_data *pgdat;
8113         enum zone_type i, j;
8114
8115         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8116                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8117                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8118                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8119                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8120                         unsigned long managed_pages = 0;
8121
8122                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8123                                 if (clear) {
8124                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8125                                 } else {
8126                                         struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8127
8128                                         managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8129                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8130                                 }
8131                         }
8132                 }
8133         }
8134
8135         /* update totalreserve_pages */
8136         calculate_totalreserve_pages();
8137 }
8138
8139 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8140 {
8141         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8142         unsigned long lowmem_pages = 0;
8143         struct zone *zone;
8144         unsigned long flags;
8145
8146         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8147         for_each_zone(zone) {
8148                 if (!is_highmem(zone))
8149                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8150         }
8151
8152         for_each_zone(zone) {
8153                 u64 tmp;
8154
8155                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8156                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8157                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8158                 if (is_highmem(zone)) {
8159                         /*
8160                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8161                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8162                          * value here.
8163                          *
8164                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8165                          * deltas control async page reclaim, and so should
8166                          * not be capped for highmem.
8167                          */
8168                         unsigned long min_pages;
8169
8170                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8171                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8172                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8173                 } else {
8174                         /*
8175                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8176                          * proportionate to the zone's size.
8177                          */
8178                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8179                 }
8180
8181                 /*
8182                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8183                  * scale factor in proportion to available memory, but
8184                  * ensure a minimum size on small systems.
8185                  */
8186                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8187                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8188                                       watermark_scale_factor, 10000));
8189
8190                 zone->watermark_boost = 0;
8191                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8192                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
8193
8194                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8195         }
8196
8197         /* update totalreserve_pages */
8198         calculate_totalreserve_pages();
8199 }
8200
8201 /**
8202  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8203  * or when memory is hot-{added|removed}
8204  *
8205  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8206  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8207  */
8208 void setup_per_zone_wmarks(void)
8209 {
8210         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8211
8212         spin_lock(&lock);
8213         __setup_per_zone_wmarks();
8214         spin_unlock(&lock);
8215 }
8216
8217 /*
8218  * Initialise min_free_kbytes.
8219  *
8220  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8221  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8222  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8223  *
8224  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8225  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8226  *
8227  * which yields
8228  *
8229  * 16MB:        512k
8230  * 32MB:        724k
8231  * 64MB:        1024k
8232  * 128MB:       1448k
8233  * 256MB:       2048k
8234  * 512MB:       2896k
8235  * 1024MB:      4096k
8236  * 2048MB:      5792k
8237  * 4096MB:      8192k
8238  * 8192MB:      11584k
8239  * 16384MB:     16384k
8240  */
8241 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8242 {
8243         unsigned long lowmem_kbytes;
8244         int new_min_free_kbytes;
8245
8246         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8247         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8248
8249         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
8250                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
8251                 if (min_free_kbytes < 128)
8252                         min_free_kbytes = 128;
8253                 if (min_free_kbytes > 262144)
8254                         min_free_kbytes = 262144;
8255         } else {
8256                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8257                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8258         }
8259         setup_per_zone_wmarks();
8260         refresh_zone_stat_thresholds();
8261         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8262
8263 #ifdef CONFIG_NUMA
8264         setup_min_unmapped_ratio();
8265         setup_min_slab_ratio();
8266 #endif
8267
8268         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8269
8270         return 0;
8271 }
8272 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8273
8274 /*
8275  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8276  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8277  *      changes.
8278  */
8279 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8280                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8281 {
8282         int rc;
8283
8284         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8285         if (rc)
8286                 return rc;
8287
8288         if (write) {
8289                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8290                 setup_per_zone_wmarks();
8291         }
8292         return 0;
8293 }
8294
8295 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8296                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8297 {
8298         int rc;
8299
8300         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8301         if (rc)
8302                 return rc;
8303
8304         if (write)
8305                 setup_per_zone_wmarks();
8306
8307         return 0;
8308 }
8309
8310 #ifdef CONFIG_NUMA
8311 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8312 {
8313         pg_data_t *pgdat;
8314         struct zone *zone;
8315
8316         for_each_online_pgdat(pgdat)
8317                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8318
8319         for_each_zone(zone)
8320                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8321                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8322 }
8323
8324
8325 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8326                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8327 {
8328         int rc;
8329
8330         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8331         if (rc)
8332                 return rc;
8333
8334         setup_min_unmapped_ratio();
8335
8336         return 0;
8337 }
8338
8339 static void setup_min_slab_ratio(void)
8340 {
8341         pg_data_t *pgdat;
8342         struct zone *zone;
8343
8344         for_each_online_pgdat(pgdat)
8345                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8346
8347         for_each_zone(zone)
8348                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8349                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8350 }
8351
8352 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8353                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8354 {
8355         int rc;
8356
8357         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8358         if (rc)
8359                 return rc;
8360
8361         setup_min_slab_ratio();
8362
8363         return 0;
8364 }
8365 #endif
8366
8367 /*
8368  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8369  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8370  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8371  *
8372  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8373  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8374  * if in function of the boot time zone sizes.
8375  */
8376 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8377                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8378 {
8379         int i;
8380
8381         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8382
8383         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8384                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8385                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8386         }
8387
8388         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8389         return 0;
8390 }
8391
8392 /*
8393  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8394  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8395  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8396  */
8397 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8398                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8399 {
8400         struct zone *zone;
8401         int old_percpu_pagelist_fraction;
8402         int ret;
8403
8404         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8405         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8406
8407         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8408         if (!write || ret < 0)
8409                 goto out;
8410
8411         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8412         if (percpu_pagelist_fraction &&
8413             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8414                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8415                 ret = -EINVAL;
8416                 goto out;
8417         }
8418
8419         /* No change? */
8420         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8421                 goto out;
8422
8423         for_each_populated_zone(zone)
8424                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone);
8425 out:
8426         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8427         return ret;
8428 }
8429
8430 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8431 /*
8432  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8433  * is not known to alloc_large_system_hash().
8434  */
8435 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8436 {
8437         return 0;
8438 }
8439 #endif
8440
8441 /*
8442  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8443  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8444  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8445  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8446  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8447  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8448  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8449  */
8450 #if __BITS_PER_LONG > 32
8451 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8452 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8453 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8454 #endif
8455
8456 /*
8457  * allocate a large system hash table from bootmem
8458  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8459  *   quantity of entries
8460  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8461  */
8462 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8463                                      unsigned long bucketsize,
8464                                      unsigned long numentries,
8465                                      int scale,
8466                                      int flags,
8467                                      unsigned int *_hash_shift,
8468                                      unsigned int *_hash_mask,
8469                                      unsigned long low_limit,
8470                                      unsigned long high_limit)
8471 {
8472         unsigned long long max = high_limit;
8473         unsigned long log2qty, size;
8474         void *table = NULL;
8475         gfp_t gfp_flags;
8476         bool virt;
8477         bool huge;
8478
8479         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8480         if (!numentries) {
8481                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8482                 numentries = nr_kernel_pages;
8483                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8484
8485                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8486                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8487                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8488
8489 #if __BITS_PER_LONG > 32
8490                 if (!high_limit) {
8491                         unsigned long adapt;
8492
8493                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8494                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8495                                 scale++;
8496                 }
8497 #endif
8498
8499                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8500                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8501                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8502                 else
8503                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8504
8505                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8506                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8507                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8508                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8509                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8510                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8511                                 BUG_ON(!numentries);
8512                         }
8513                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8514                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8515         }
8516         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8517
8518         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8519         if (max == 0) {
8520                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8521                 do_div(max, bucketsize);
8522         }
8523         max = min(max, 0x80000000ULL);
8524
8525         if (numentries < low_limit)
8526                 numentries = low_limit;
8527         if (numentries > max)
8528                 numentries = max;
8529
8530         log2qty = ilog2(numentries);
8531
8532         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8533         do {
8534                 virt = false;
8535                 size = bucketsize << log2qty;
8536                 if (flags & HASH_EARLY) {
8537                         if (flags & HASH_ZERO)
8538                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8539                         else
8540                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8541                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8542                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8543                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8544                         virt = true;
8545                         huge = is_vm_area_hugepages(table);
8546                 } else {
8547                         /*
8548                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8549                          * some pages at the end of hash table which
8550                          * alloc_pages_exact() automatically does
8551                          */
8552                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8553                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8554                 }
8555         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8556
8557         if (!table)
8558                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8559
8560         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8561                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8562                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
8563
8564         if (_hash_shift)
8565                 *_hash_shift = log2qty;
8566         if (_hash_mask)
8567                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8568
8569         return table;
8570 }
8571
8572 /*
8573  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8574  *
8575  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8576  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8577  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8578  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8579  *
8580  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8581  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8582  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8583  *
8584  */
8585 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8586                                  int migratetype, int flags)
8587 {
8588         unsigned long iter = 0;
8589         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8590         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8591
8592         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8593                 /*
8594                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8595                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8596                  * so consider them movable here.
8597                  */
8598                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8599                         return NULL;
8600
8601                 return page;
8602         }
8603
8604         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8605                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8606                         continue;
8607
8608                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8609
8610                 /*
8611                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8612                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8613                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8614                  * specifying "movablecore".
8615                  */
8616                 if (PageReserved(page))
8617                         return page;
8618
8619                 /*
8620                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8621                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8622                  * is movable.
8623                  */
8624                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8625                         continue;
8626
8627                 /*
8628                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8629                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8630                  * We need not scan over tail pages because we don't
8631                  * handle each tail page individually in migration.
8632                  */
8633                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8634                         struct page *head = compound_head(page);
8635                         unsigned int skip_pages;
8636
8637                         if (PageHuge(page)) {
8638                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8639                                         return page;
8640                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8641                                 return page;
8642                         }
8643
8644                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8645                         iter += skip_pages - 1;
8646                         continue;
8647                 }
8648
8649                 /*
8650                  * We can't use page_count without pin a page
8651                  * because another CPU can free compound page.
8652                  * This check already skips compound tails of THP
8653                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8654                  */
8655                 if (!page_ref_count(page)) {
8656                         if (PageBuddy(page))
8657                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8658                         continue;
8659                 }
8660
8661                 /*
8662                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8663                  * page_count() is not 0.
8664                  */
8665                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8666                         continue;
8667
8668                 /*
8669                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8670                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8671                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8672                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8673                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8674                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8675                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8676                  * (false negatives in this function only)
8677                  */
8678                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8679                         continue;
8680
8681                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8682                         continue;
8683
8684                 /*
8685                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8686                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8687                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8688                  */
8689                 return page;
8690         }
8691         return NULL;
8692 }
8693
8694 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8695 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8696 {
8697         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8698                              pageblock_nr_pages) - 1);
8699 }
8700
8701 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8702 {
8703         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8704                                 pageblock_nr_pages));
8705 }
8706
8707 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
8708         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
8709 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
8710 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8711 {
8712         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
8713
8714         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
8715                 struct page *page;
8716
8717                 dump_stack();
8718                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
8719                         dump_page(page, "migration failure");
8720         }
8721 }
8722 #else
8723 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8724 {
8725 }
8726 #endif
8727
8728 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8729 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8730                                         unsigned long start, unsigned long end)
8731 {
8732         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8733         unsigned int nr_reclaimed;
8734         unsigned long pfn = start;
8735         unsigned int tries = 0;
8736         int ret = 0;
8737         struct migration_target_control mtc = {
8738                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
8739                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
8740         };
8741
8742         lru_cache_disable();
8743
8744         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8745                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8746                         ret = -EINTR;
8747                         break;
8748                 }
8749
8750                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8751                         cc->nr_migratepages = 0;
8752                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8753                         if (ret && ret != -EAGAIN)
8754                                 break;
8755                         pfn = cc->migrate_pfn;
8756                         tries = 0;
8757                 } else if (++tries == 5) {
8758                         ret = -EBUSY;
8759                         break;
8760                 }
8761
8762                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8763                                                         &cc->migratepages);
8764                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8765
8766                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
8767                                 NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8768
8769                 /*
8770                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
8771                  * to retry again over this error, so do the same here.
8772                  */
8773                 if (ret == -ENOMEM)
8774                         break;
8775         }
8776
8777         lru_cache_enable();
8778         if (ret < 0) {
8779                 alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
8780                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8781                 return ret;
8782         }
8783         return 0;
8784 }
8785
8786 /**
8787  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8788  * @start:      start PFN to allocate
8789  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8790  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
8791  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8792  *                      in range must have the same migratetype and it must
8793  *                      be either of the two.
8794  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8795  *
8796  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8797  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8798  *
8799  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8800  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8801  * be modified by others.
8802  *
8803  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8804  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8805  * need to be freed with free_contig_range().
8806  */
8807 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8808                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8809 {
8810         unsigned long outer_start, outer_end;
8811         unsigned int order;
8812         int ret = 0;
8813
8814         struct compact_control cc = {
8815                 .nr_migratepages = 0,
8816                 .order = -1,
8817                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8818                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8819                 .ignore_skip_hint = true,
8820                 .no_set_skip_hint = true,
8821                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8822                 .alloc_contig = true,
8823         };
8824         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8825
8826         /*
8827          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8828          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8829          * have different sizes, and due to the way page allocator
8830          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8831          * that page allocator won't try to merge buddies from
8832          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8833          * other migration type.
8834          *
8835          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8836          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8837          * we are interested in).  This will put all the pages in
8838          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8839          *
8840          * When this is done, we take the pages in range from page
8841          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8842          * page allocator will never consider using them.
8843          *
8844          * This lets us mark the pageblocks back as
8845          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8846          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8847          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8848          */
8849
8850         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8851                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8852         if (ret)
8853                 return ret;
8854
8855         drain_all_pages(cc.zone);
8856
8857         /*
8858          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8859          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8860          * which will report the busy page.
8861          *
8862          * It is possible that busy pages could become available before
8863          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8864          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8865          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8866          */
8867         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8868         if (ret && ret != -EBUSY)
8869                 goto done;
8870         ret = 0;
8871
8872         /*
8873          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8874          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8875          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8876          * What we are going to do is to allocate all pages from
8877          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8878          *
8879          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8880          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8881          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8882          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8883          * once this is done free the pages we are not interested in.
8884          *
8885          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8886          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8887          */
8888
8889         order = 0;
8890         outer_start = start;
8891         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8892                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8893                         outer_start = start;
8894                         break;
8895                 }
8896                 outer_start &= ~0UL << order;
8897         }
8898
8899         if (outer_start != start) {
8900                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
8901
8902                 /*
8903                  * outer_start page could be small order buddy page and
8904                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8905                  * in this case to report failed page properly
8906                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8907                  */
8908                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8909                         outer_start = start;
8910         }
8911
8912         /* Make sure the range is really isolated. */
8913         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8914                 ret = -EBUSY;
8915                 goto done;
8916         }
8917
8918         /* Grab isolated pages from freelists. */
8919         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8920         if (!outer_end) {
8921                 ret = -EBUSY;
8922                 goto done;
8923         }
8924
8925         /* Free head and tail (if any) */
8926         if (start != outer_start)
8927                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8928         if (end != outer_end)
8929                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8930
8931 done:
8932         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8933                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8934         return ret;
8935 }
8936 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
8937
8938 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8939                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8940 {
8941         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8942
8943         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8944                                   gfp_mask);
8945 }
8946
8947 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8948                                    unsigned long nr_pages)
8949 {
8950         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8951         struct page *page;
8952
8953         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8954                 page = pfn_to_online_page(i);
8955                 if (!page)
8956                         return false;
8957
8958                 if (page_zone(page) != z)
8959                         return false;
8960
8961                 if (PageReserved(page))
8962                         return false;
8963         }
8964         return true;
8965 }
8966
8967 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8968                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8969 {
8970         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8971
8972         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8973 }
8974
8975 /**
8976  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8977  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8978  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8979  * @nid:        Target node
8980  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8981  *
8982  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8983  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8984  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8985  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8986  *
8987  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8988  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8989  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8990  *
8991  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8992  * __free_page() on each allocated page.
8993  *
8994  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8995  */
8996 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8997                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8998 {
8999         unsigned long ret, pfn, flags;
9000         struct zonelist *zonelist;
9001         struct zone *zone;
9002         struct zoneref *z;
9003
9004         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9005         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9006                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9007                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9008
9009                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9010                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9011                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9012                                 /*
9013                                  * We release the zone lock here because
9014                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9015                                  * at some point. If there's an allocation
9016                                  * spinning on this lock, it may win the race
9017                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9018                                  */
9019                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9020                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9021                                                         gfp_mask);
9022                                 if (!ret)
9023                                         return pfn_to_page(pfn);
9024                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9025                         }
9026                         pfn += nr_pages;
9027                 }
9028                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9029         }
9030         return NULL;
9031 }
9032 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9033
9034 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9035 {
9036         unsigned long count = 0;
9037
9038         for (; nr_pages--; pfn++) {
9039                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9040
9041                 count += page_count(page) != 1;
9042                 __free_page(page);
9043         }
9044         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9045 }
9046 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9047
9048 /*
9049  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
9050  * page high values need to be recalculated.
9051  */
9052 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
9053 {
9054         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9055         zone_set_pageset_high_and_batch(zone);
9056         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9057 }
9058
9059 /*
9060  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9061  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9062  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9063  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9064  *
9065  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9066  */
9067 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9068 {
9069         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9070         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9071         __drain_all_pages(zone, true);
9072 }
9073
9074 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9075 {
9076         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9077         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9078 }
9079
9080 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9081 {
9082         int cpu;
9083         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9084
9085         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9086                 for_each_online_cpu(cpu) {
9087                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9088                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9089                 }
9090                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9091                 free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9092                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9093                 zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9094         }
9095 }
9096
9097 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9098 /*
9099  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9100  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9101  */
9102 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9103 {
9104         unsigned long pfn = start_pfn;
9105         struct page *page;
9106         struct zone *zone;
9107         unsigned int order;
9108         unsigned long flags;
9109
9110         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9111         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9112         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9113         while (pfn < end_pfn) {
9114                 page = pfn_to_page(pfn);
9115                 /*
9116                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9117                  * page_count() is not 0.
9118                  */
9119                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9120                         pfn++;
9121                         continue;
9122                 }
9123                 /*
9124                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9125                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9126                  */
9127                 if (PageOffline(page)) {
9128                         BUG_ON(page_count(page));
9129                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9130                         pfn++;
9131                         continue;
9132                 }
9133
9134                 BUG_ON(page_count(page));
9135                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9136                 order = buddy_order(page);
9137                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9138                 pfn += (1 << order);
9139         }
9140         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9141 }
9142 #endif
9143
9144 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9145 {
9146         struct zone *zone = page_zone(page);
9147         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9148         unsigned long flags;
9149         unsigned int order;
9150
9151         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9152         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9153                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9154
9155                 if (PageBuddy(page_head) && buddy_order(page_head) >= order)
9156                         break;
9157         }
9158         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9159
9160         return order < MAX_ORDER;
9161 }
9162
9163 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9164 /*
9165  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9166  * buddy allocator.
9167  */
9168 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9169                                    struct page *target, int low, int high,
9170                                    int migratetype)
9171 {
9172         unsigned long size = 1 << high;
9173         struct page *current_buddy, *next_page;
9174
9175         while (high > low) {
9176                 high--;
9177                 size >>= 1;
9178
9179                 if (target >= &page[size]) {
9180                         next_page = page + size;
9181                         current_buddy = page;
9182                 } else {
9183                         next_page = page;
9184                         current_buddy = page + size;
9185                 }
9186
9187                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9188                         continue;
9189
9190                 if (current_buddy != target) {
9191                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9192                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9193                         page = next_page;
9194                 }
9195         }
9196 }
9197
9198 /*
9199  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9200  */
9201 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9202 {
9203         struct zone *zone = page_zone(page);
9204         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9205         unsigned long flags;
9206         unsigned int order;
9207         bool ret = false;
9208
9209         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9210         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9211                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9212                 int page_order = buddy_order(page_head);
9213
9214                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9215                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9216                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9217                                                                    pfn_head);
9218
9219                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9220                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9221                                                 page_order, migratetype);
9222                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9223                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9224                         ret = true;
9225                         break;
9226                 }
9227                 if (page_count(page_head) > 0)
9228                         break;
9229         }
9230         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9231         return ret;
9232 }
9233 #endif