Merge branch 'pcmcia-next' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/brodo...
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/sched/mm.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67 #include <linux/ftrace.h>
68 #include <linux/lockdep.h>
69 #include <linux/nmi.h>
70 #include <linux/psi.h>
71
72 #include <asm/sections.h>
73 #include <asm/tlbflush.h>
74 #include <asm/div64.h>
75 #include "internal.h"
76 #include "shuffle.h"
77
78 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
79 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
80 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
81
82 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
83 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
84 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
85 #endif
86
87 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
88
89 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
90 /*
91  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
92  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
93  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
94  * defined in <linux/topology.h>.
95  */
96 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
97 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
98 #endif
99
100 /* work_structs for global per-cpu drains */
101 struct pcpu_drain {
102         struct zone *zone;
103         struct work_struct work;
104 };
105 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
106 DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
107
108 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
109 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
110 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
111 #endif
112
113 /*
114  * Array of node states.
115  */
116 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
117         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
118         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
119 #ifndef CONFIG_NUMA
120         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
121 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
122         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
123 #endif
124         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
125         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
126 #endif  /* NUMA */
127 };
128 EXPORT_SYMBOL(node_states);
129
130 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
131 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
132 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
133 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
134
135 int percpu_pagelist_fraction;
136 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
137 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
138 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
139 #else
140 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
141 #endif
142 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
143
144 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
145 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
146 #else
147 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
148 #endif
149 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
150
151 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
152 {
153         int ret;
154         bool bool_result;
155
156         if (!buf)
157                 return -EINVAL;
158         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
159         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
160                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
161         if (bool_result)
162                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
163         else
164                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
165         return ret;
166 }
167 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
168
169 static int __init early_init_on_free(char *buf)
170 {
171         int ret;
172         bool bool_result;
173
174         if (!buf)
175                 return -EINVAL;
176         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
177         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
178                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
179         if (bool_result)
180                 static_branch_enable(&init_on_free);
181         else
182                 static_branch_disable(&init_on_free);
183         return ret;
184 }
185 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
186
187 /*
188  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
189  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
190  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
191  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
192  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
193  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
194  */
195 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
196 {
197         return page->index;
198 }
199
200 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
201 {
202         page->index = migratetype;
203 }
204
205 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
206 /*
207  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
208  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
209  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
210  * they should always be called with system_transition_mutex held
211  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
212  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
213  * with that modification).
214  */
215
216 static gfp_t saved_gfp_mask;
217
218 void pm_restore_gfp_mask(void)
219 {
220         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
221         if (saved_gfp_mask) {
222                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
223                 saved_gfp_mask = 0;
224         }
225 }
226
227 void pm_restrict_gfp_mask(void)
228 {
229         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
230         WARN_ON(saved_gfp_mask);
231         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
232         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
233 }
234
235 bool pm_suspended_storage(void)
236 {
237         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
238                 return false;
239         return true;
240 }
241 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
242
243 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
244 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
245 #endif
246
247 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
248
249 /*
250  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
251  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
252  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
253  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
254  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
255  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
256  *
257  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
258  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
259  */
260 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
261 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
262         [ZONE_DMA] = 256,
263 #endif
264 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
265         [ZONE_DMA32] = 256,
266 #endif
267         [ZONE_NORMAL] = 32,
268 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
269         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
270 #endif
271         [ZONE_MOVABLE] = 0,
272 };
273
274 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
275 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
276          "DMA",
277 #endif
278 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
279          "DMA32",
280 #endif
281          "Normal",
282 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
283          "HighMem",
284 #endif
285          "Movable",
286 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
287          "Device",
288 #endif
289 };
290
291 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
292         "Unmovable",
293         "Movable",
294         "Reclaimable",
295         "HighAtomic",
296 #ifdef CONFIG_CMA
297         "CMA",
298 #endif
299 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
300         "Isolate",
301 #endif
302 };
303
304 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
305         NULL,
306         free_compound_page,
307 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
308         free_huge_page,
309 #endif
310 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
311         free_transhuge_page,
312 #endif
313 };
314
315 int min_free_kbytes = 1024;
316 int user_min_free_kbytes = -1;
317 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
318 /*
319  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
320  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
321  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
322  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
323  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
324  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
325  * fragmentation avoidance.
326  */
327 int watermark_boost_factor __read_mostly;
328 #else
329 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
330 #endif
331 int watermark_scale_factor = 10;
332
333 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
334 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
335 static unsigned long dma_reserve __initdata;
336
337 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
338 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
339 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
340 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
341 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
342 static unsigned long required_movablecore __initdata;
343 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
344 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
345 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
346
347 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
348 int movable_zone;
349 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
350 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
351
352 #if MAX_NUMNODES > 1
353 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
354 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
355 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
356 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
357 #endif
358
359 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
360
361 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
362 /*
363  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
364  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
365  * and we can permanently disable that path.
366  */
367 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
368
369 /*
370  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
371  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
372  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
373  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
374  *
375  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
376  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
377  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
378  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
379  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
380  * initialization is done, but this is not likely to happen.
381  */
382 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
383 {
384         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
385                 kasan_free_pages(page, order);
386 }
387
388 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
389 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
390 {
391         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
392
393         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
394                 return true;
395
396         return false;
397 }
398
399 /*
400  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
401  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
402  */
403 static bool __meminit
404 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
405 {
406         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
407
408         /*
409          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
410          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
411          */
412         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
413                 prev_end_pfn = end_pfn;
414                 nr_initialised = 0;
415         }
416
417         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
418         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
419                 return false;
420
421         /*
422          * We start only with one section of pages, more pages are added as
423          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
424          */
425         nr_initialised++;
426         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
427             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
428                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
429                 return true;
430         }
431         return false;
432 }
433 #else
434 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
435
436 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
437 {
438         return false;
439 }
440
441 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
442 {
443         return false;
444 }
445 #endif
446
447 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
448 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
449                                                         unsigned long pfn)
450 {
451 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
452         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
453 #else
454         return page_zone(page)->pageblock_flags;
455 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
456 }
457
458 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
459 {
460 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
461         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
462         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
463 #else
464         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
465         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
466 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
467 }
468
469 /**
470  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
471  * @page: The page within the block of interest
472  * @pfn: The target page frame number
473  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
474  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
475  *
476  * Return: pageblock_bits flags
477  */
478 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
479                                         unsigned long pfn,
480                                         unsigned long end_bitidx,
481                                         unsigned long mask)
482 {
483         unsigned long *bitmap;
484         unsigned long bitidx, word_bitidx;
485         unsigned long word;
486
487         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
488         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
489         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
490         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
491
492         word = bitmap[word_bitidx];
493         bitidx += end_bitidx;
494         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
495 }
496
497 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
498                                         unsigned long end_bitidx,
499                                         unsigned long mask)
500 {
501         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
502 }
503
504 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
505 {
506         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
507 }
508
509 /**
510  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
511  * @page: The page within the block of interest
512  * @flags: The flags to set
513  * @pfn: The target page frame number
514  * @end_bitidx: The last bit of interest
515  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
516  */
517 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
518                                         unsigned long pfn,
519                                         unsigned long end_bitidx,
520                                         unsigned long mask)
521 {
522         unsigned long *bitmap;
523         unsigned long bitidx, word_bitidx;
524         unsigned long old_word, word;
525
526         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
527         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
528
529         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
530         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
531         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
532         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
533
534         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
535
536         bitidx += end_bitidx;
537         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
538         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
539
540         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
541         for (;;) {
542                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
543                 if (word == old_word)
544                         break;
545                 word = old_word;
546         }
547 }
548
549 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
550 {
551         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
552                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
553                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
554
555         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
556                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
557 }
558
559 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
560 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
561 {
562         int ret = 0;
563         unsigned seq;
564         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
565         unsigned long sp, start_pfn;
566
567         do {
568                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
569                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
570                 sp = zone->spanned_pages;
571                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
572                         ret = 1;
573         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
574
575         if (ret)
576                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
577                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
578                         start_pfn, start_pfn + sp);
579
580         return ret;
581 }
582
583 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
584 {
585         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
586                 return 0;
587         if (zone != page_zone(page))
588                 return 0;
589
590         return 1;
591 }
592 /*
593  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
594  */
595 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
596 {
597         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
598                 return 1;
599         if (!page_is_consistent(zone, page))
600                 return 1;
601
602         return 0;
603 }
604 #else
605 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
606 {
607         return 0;
608 }
609 #endif
610
611 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
612                 unsigned long bad_flags)
613 {
614         static unsigned long resume;
615         static unsigned long nr_shown;
616         static unsigned long nr_unshown;
617
618         /*
619          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
620          * or allow a steady drip of one report per second.
621          */
622         if (nr_shown == 60) {
623                 if (time_before(jiffies, resume)) {
624                         nr_unshown++;
625                         goto out;
626                 }
627                 if (nr_unshown) {
628                         pr_alert(
629                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
630                                 nr_unshown);
631                         nr_unshown = 0;
632                 }
633                 nr_shown = 0;
634         }
635         if (nr_shown++ == 0)
636                 resume = jiffies + 60 * HZ;
637
638         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
639                 current->comm, page_to_pfn(page));
640         __dump_page(page, reason);
641         bad_flags &= page->flags;
642         if (bad_flags)
643                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
644                                                 bad_flags, &bad_flags);
645         dump_page_owner(page);
646
647         print_modules();
648         dump_stack();
649 out:
650         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
651         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
652         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
653 }
654
655 /*
656  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
657  *
658  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
659  *
660  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
661  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
662  *
663  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
664  * page destructors. See compound_page_dtors.
665  *
666  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
667  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
668  */
669
670 void free_compound_page(struct page *page)
671 {
672         mem_cgroup_uncharge(page);
673         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
674 }
675
676 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
677 {
678         int i;
679         int nr_pages = 1 << order;
680
681         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
682         set_compound_order(page, order);
683         __SetPageHead(page);
684         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
685                 struct page *p = page + i;
686                 set_page_count(p, 0);
687                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
688                 set_compound_head(p, page);
689         }
690         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
691         if (hpage_pincount_available(page))
692                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
693 }
694
695 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
696 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
697
698 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
699                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
700 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
701 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
702 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
703
704 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
705
706 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
707 {
708         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
709 }
710 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
711
712 void init_debug_pagealloc(void)
713 {
714         if (!debug_pagealloc_enabled())
715                 return;
716
717         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
718
719         if (!debug_guardpage_minorder())
720                 return;
721
722         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
723 }
724
725 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
726 {
727         unsigned long res;
728
729         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
730                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
731                 return 0;
732         }
733         _debug_guardpage_minorder = res;
734         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
735         return 0;
736 }
737 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
738
739 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
740                                 unsigned int order, int migratetype)
741 {
742         if (!debug_guardpage_enabled())
743                 return false;
744
745         if (order >= debug_guardpage_minorder())
746                 return false;
747
748         __SetPageGuard(page);
749         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
750         set_page_private(page, order);
751         /* Guard pages are not available for any usage */
752         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
753
754         return true;
755 }
756
757 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
758                                 unsigned int order, int migratetype)
759 {
760         if (!debug_guardpage_enabled())
761                 return;
762
763         __ClearPageGuard(page);
764
765         set_page_private(page, 0);
766         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
767                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
768 }
769 #else
770 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
771                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
772 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
773                                 unsigned int order, int migratetype) {}
774 #endif
775
776 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
777 {
778         set_page_private(page, order);
779         __SetPageBuddy(page);
780 }
781
782 /*
783  * This function checks whether a page is free && is the buddy
784  * we can coalesce a page and its buddy if
785  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
786  * (b) the buddy is in the buddy system &&
787  * (c) a page and its buddy have the same order &&
788  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
789  *
790  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
791  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
792  *
793  * For recording page's order, we use page_private(page).
794  */
795 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
796                                                         unsigned int order)
797 {
798         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
799                 return false;
800
801         if (page_order(buddy) != order)
802                 return false;
803
804         /*
805          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
806          * zone/node ids for pages that could never merge.
807          */
808         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
809                 return false;
810
811         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
812
813         return true;
814 }
815
816 #ifdef CONFIG_COMPACTION
817 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
818 {
819         struct capture_control *capc = current->capture_control;
820
821         return capc &&
822                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
823                 !capc->page &&
824                 capc->cc->zone == zone &&
825                 capc->cc->direct_compaction ? capc : NULL;
826 }
827
828 static inline bool
829 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
830                    int order, int migratetype)
831 {
832         if (!capc || order != capc->cc->order)
833                 return false;
834
835         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
836         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
837             is_migrate_isolate(migratetype))
838                 return false;
839
840         /*
841          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
842          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
843          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
844          * have trouble finding a high-order free page.
845          */
846         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
847                 return false;
848
849         capc->page = page;
850         return true;
851 }
852
853 #else
854 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
855 {
856         return NULL;
857 }
858
859 static inline bool
860 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
861                    int order, int migratetype)
862 {
863         return false;
864 }
865 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
866
867 /*
868  * Freeing function for a buddy system allocator.
869  *
870  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
871  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
872  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
873  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
874  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
875  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
876  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
877  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
878  * parts of the VM system.
879  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
880  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
881  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
882  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
883  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
884  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
885  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
886  * triggers coalescing into a block of larger size.
887  *
888  * -- nyc
889  */
890
891 static inline void __free_one_page(struct page *page,
892                 unsigned long pfn,
893                 struct zone *zone, unsigned int order,
894                 int migratetype)
895 {
896         unsigned long combined_pfn;
897         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
898         struct page *buddy;
899         unsigned int max_order;
900         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
901
902         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
903
904         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
905         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
906
907         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
908         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
909                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
910
911         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
912         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
913
914 continue_merging:
915         while (order < max_order - 1) {
916                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
917                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
918                                                                 migratetype);
919                         return;
920                 }
921                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
922                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
923
924                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
925                         goto done_merging;
926                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
927                         goto done_merging;
928                 /*
929                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
930                  * merge with it and move up one order.
931                  */
932                 if (page_is_guard(buddy))
933                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
934                 else
935                         del_page_from_free_area(buddy, &zone->free_area[order]);
936                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
937                 page = page + (combined_pfn - pfn);
938                 pfn = combined_pfn;
939                 order++;
940         }
941         if (max_order < MAX_ORDER) {
942                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
943                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
944                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
945                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
946                  *
947                  * We don't want to hit this code for the more frequent
948                  * low-order merging.
949                  */
950                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
951                         int buddy_mt;
952
953                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
954                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
955                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
956
957                         if (migratetype != buddy_mt
958                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
959                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
960                                 goto done_merging;
961                 }
962                 max_order++;
963                 goto continue_merging;
964         }
965
966 done_merging:
967         set_page_order(page, order);
968
969         /*
970          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
971          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
972          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
973          * that is happening, add the free page to the tail of the list
974          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
975          * as a higher order page
976          */
977         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)
978                         && !is_shuffle_order(order)) {
979                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
980                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
981                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
982                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
983                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
984                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
985                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
986                         add_to_free_area_tail(page, &zone->free_area[order],
987                                               migratetype);
988                         return;
989                 }
990         }
991
992         if (is_shuffle_order(order))
993                 add_to_free_area_random(page, &zone->free_area[order],
994                                 migratetype);
995         else
996                 add_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
997
998 }
999
1000 /*
1001  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1002  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1003  * check if necessary.
1004  */
1005 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1006                                         unsigned long check_flags)
1007 {
1008         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1009                 return false;
1010
1011         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1012                         page_ref_count(page) |
1013 #ifdef CONFIG_MEMCG
1014                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1015 #endif
1016                         (page->flags & check_flags)))
1017                 return false;
1018
1019         return true;
1020 }
1021
1022 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
1023 {
1024         const char *bad_reason;
1025         unsigned long bad_flags;
1026
1027         bad_reason = NULL;
1028         bad_flags = 0;
1029
1030         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1031                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1032         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1033                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1034         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1035                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1036         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
1037                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1038                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
1039         }
1040 #ifdef CONFIG_MEMCG
1041         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1042                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1043 #endif
1044         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1045 }
1046
1047 static inline int free_pages_check(struct page *page)
1048 {
1049         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1050                 return 0;
1051
1052         /* Something has gone sideways, find it */
1053         free_pages_check_bad(page);
1054         return 1;
1055 }
1056
1057 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1058 {
1059         int ret = 1;
1060
1061         /*
1062          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1063          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1064          */
1065         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1066
1067         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1068                 ret = 0;
1069                 goto out;
1070         }
1071         switch (page - head_page) {
1072         case 1:
1073                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1074                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1075                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
1076                         goto out;
1077                 }
1078                 break;
1079         case 2:
1080                 /*
1081                  * the second tail page: ->mapping is
1082                  * deferred_list.next -- ignore value.
1083                  */
1084                 break;
1085         default:
1086                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1087                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
1088                         goto out;
1089                 }
1090                 break;
1091         }
1092         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1093                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
1094                 goto out;
1095         }
1096         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1097                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
1098                 goto out;
1099         }
1100         ret = 0;
1101 out:
1102         page->mapping = NULL;
1103         clear_compound_head(page);
1104         return ret;
1105 }
1106
1107 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1108 {
1109         int i;
1110
1111         for (i = 0; i < numpages; i++)
1112                 clear_highpage(page + i);
1113 }
1114
1115 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1116                                         unsigned int order, bool check_free)
1117 {
1118         int bad = 0;
1119
1120         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1121
1122         trace_mm_page_free(page, order);
1123
1124         /*
1125          * Check tail pages before head page information is cleared to
1126          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1127          */
1128         if (unlikely(order)) {
1129                 bool compound = PageCompound(page);
1130                 int i;
1131
1132                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1133
1134                 if (compound)
1135                         ClearPageDoubleMap(page);
1136                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1137                         if (compound)
1138                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1139                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1140                                 bad++;
1141                                 continue;
1142                         }
1143                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1144                 }
1145         }
1146         if (PageMappingFlags(page))
1147                 page->mapping = NULL;
1148         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1149                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1150         if (check_free)
1151                 bad += free_pages_check(page);
1152         if (bad)
1153                 return false;
1154
1155         page_cpupid_reset_last(page);
1156         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1157         reset_page_owner(page, order);
1158
1159         if (!PageHighMem(page)) {
1160                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1161                                            PAGE_SIZE << order);
1162                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1163                                            PAGE_SIZE << order);
1164         }
1165         if (want_init_on_free())
1166                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1167
1168         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1169         /*
1170          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1171          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1172          * happen after this.
1173          */
1174         arch_free_page(page, order);
1175
1176         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1177                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1178
1179         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1180
1181         return true;
1182 }
1183
1184 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1185 /*
1186  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1187  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1188  * moved from pcp lists to free lists.
1189  */
1190 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1191 {
1192         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1193 }
1194
1195 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1196 {
1197         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1198                 return free_pages_check(page);
1199         else
1200                 return false;
1201 }
1202 #else
1203 /*
1204  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1205  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1206  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1207  * to the pcp lists.
1208  */
1209 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1210 {
1211         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1212                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1213         else
1214                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1215 }
1216
1217 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1218 {
1219         return free_pages_check(page);
1220 }
1221 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1222
1223 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1224 {
1225         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1226         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1227         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1228
1229         prefetch(buddy);
1230 }
1231
1232 /*
1233  * Frees a number of pages from the PCP lists
1234  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1235  * count is the number of pages to free.
1236  *
1237  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1238  * see if this freeing clears that state.
1239  *
1240  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1241  * pinned" detection logic.
1242  */
1243 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1244                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1245 {
1246         int migratetype = 0;
1247         int batch_free = 0;
1248         int prefetch_nr = 0;
1249         bool isolated_pageblocks;
1250         struct page *page, *tmp;
1251         LIST_HEAD(head);
1252
1253         while (count) {
1254                 struct list_head *list;
1255
1256                 /*
1257                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1258                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1259                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1260                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1261                  * lists
1262                  */
1263                 do {
1264                         batch_free++;
1265                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1266                                 migratetype = 0;
1267                         list = &pcp->lists[migratetype];
1268                 } while (list_empty(list));
1269
1270                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1271                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1272                         batch_free = count;
1273
1274                 do {
1275                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1276                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1277                         list_del(&page->lru);
1278                         pcp->count--;
1279
1280                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1281                                 continue;
1282
1283                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1284
1285                         /*
1286                          * We are going to put the page back to the global
1287                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1288                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1289                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1290                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1291                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1292                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1293                          */
1294                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1295                                 prefetch_buddy(page);
1296                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1297         }
1298
1299         spin_lock(&zone->lock);
1300         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1301
1302         /*
1303          * Use safe version since after __free_one_page(),
1304          * page->lru.next will not point to original list.
1305          */
1306         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1307                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1308                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1309                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1310                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1311                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1312                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1313
1314                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1315                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1316         }
1317         spin_unlock(&zone->lock);
1318 }
1319
1320 static void free_one_page(struct zone *zone,
1321                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1322                                 unsigned int order,
1323                                 int migratetype)
1324 {
1325         spin_lock(&zone->lock);
1326         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1327                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1328                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1329         }
1330         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1331         spin_unlock(&zone->lock);
1332 }
1333
1334 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1335                                 unsigned long zone, int nid)
1336 {
1337         mm_zero_struct_page(page);
1338         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1339         init_page_count(page);
1340         page_mapcount_reset(page);
1341         page_cpupid_reset_last(page);
1342         page_kasan_tag_reset(page);
1343
1344         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1345 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1346         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1347         if (!is_highmem_idx(zone))
1348                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1349 #endif
1350 }
1351
1352 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1353 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1354 {
1355         pg_data_t *pgdat;
1356         int nid, zid;
1357
1358         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1359                 return;
1360
1361         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1362         pgdat = NODE_DATA(nid);
1363
1364         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1365                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1366
1367                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1368                         break;
1369         }
1370         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1371 }
1372 #else
1373 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1374 {
1375 }
1376 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1377
1378 /*
1379  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1380  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1381  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1382  * sent to the buddy page allocator.
1383  */
1384 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1385 {
1386         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1387         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1388
1389         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1390                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1391                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1392
1393                         init_reserved_page(start_pfn);
1394
1395                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1396                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1397
1398                         /*
1399                          * no need for atomic set_bit because the struct
1400                          * page is not visible yet so nobody should
1401                          * access it yet.
1402                          */
1403                         __SetPageReserved(page);
1404                 }
1405         }
1406 }
1407
1408 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1409 {
1410         unsigned long flags;
1411         int migratetype;
1412         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1413
1414         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1415                 return;
1416
1417         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1418         local_irq_save(flags);
1419         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1420         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1421         local_irq_restore(flags);
1422 }
1423
1424 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1425 {
1426         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1427         struct page *p = page;
1428         unsigned int loop;
1429
1430         prefetchw(p);
1431         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1432                 prefetchw(p + 1);
1433                 __ClearPageReserved(p);
1434                 set_page_count(p, 0);
1435         }
1436         __ClearPageReserved(p);
1437         set_page_count(p, 0);
1438
1439         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1440         set_page_refcounted(page);
1441         __free_pages(page, order);
1442 }
1443
1444 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1445         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1446
1447 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1448
1449 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1450 {
1451         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1452         int nid;
1453
1454         spin_lock(&early_pfn_lock);
1455         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1456         if (nid < 0)
1457                 nid = first_online_node;
1458         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1459
1460         return nid;
1461 }
1462 #endif
1463
1464 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1465 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1466 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1467 {
1468         int nid;
1469
1470         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1471         if (nid >= 0 && nid != node)
1472                 return false;
1473         return true;
1474 }
1475
1476 #else
1477 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1478 {
1479         return true;
1480 }
1481 #endif
1482
1483
1484 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1485                                                         unsigned int order)
1486 {
1487         if (early_page_uninitialised(pfn))
1488                 return;
1489         __free_pages_core(page, order);
1490 }
1491
1492 /*
1493  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1494  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1495  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1496  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1497  * pageblocks.
1498  *
1499  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1500  *
1501  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1502  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1503  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1504  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1505  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1506  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1507  * page in a pageblock.
1508  */
1509 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1510                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1511 {
1512         struct page *start_page;
1513         struct page *end_page;
1514
1515         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1516         end_pfn--;
1517
1518         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1519                 return NULL;
1520
1521         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1522         if (!start_page)
1523                 return NULL;
1524
1525         if (page_zone(start_page) != zone)
1526                 return NULL;
1527
1528         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1529
1530         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1531         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1532                 return NULL;
1533
1534         return start_page;
1535 }
1536
1537 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1538 {
1539         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1540         unsigned long block_end_pfn;
1541
1542         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1543         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1544                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1545                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1546
1547                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1548
1549                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1550                                              block_end_pfn, zone))
1551                         return;
1552         }
1553
1554         /* We confirm that there is no hole */
1555         zone->contiguous = true;
1556 }
1557
1558 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1559 {
1560         zone->contiguous = false;
1561 }
1562
1563 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1564 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1565                                        unsigned long nr_pages)
1566 {
1567         struct page *page;
1568         unsigned long i;
1569
1570         if (!nr_pages)
1571                 return;
1572
1573         page = pfn_to_page(pfn);
1574
1575         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1576         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1577             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1578                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1579                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1580                 return;
1581         }
1582
1583         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1584                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1585                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1586                 __free_pages_core(page, 0);
1587         }
1588 }
1589
1590 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1591 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1592 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1593
1594 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1595 {
1596         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1597                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1598 }
1599
1600 /*
1601  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1602  *
1603  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1604  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1605  * function is optimized out.
1606  *
1607  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1608  * of the head pfn.
1609  */
1610 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1611 {
1612         if (!pfn_valid_within(pfn))
1613                 return false;
1614         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1615                 return false;
1616         return true;
1617 }
1618
1619 /*
1620  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1621  * pageblock_nr_pages sizes.
1622  */
1623 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1624                                        unsigned long end_pfn)
1625 {
1626         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1627         unsigned long nr_free = 0;
1628
1629         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1630                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1631                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1632                         nr_free = 0;
1633                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1634                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1635                         nr_free = 1;
1636                         touch_nmi_watchdog();
1637                 } else {
1638                         nr_free++;
1639                 }
1640         }
1641         /* Free the last block of pages to allocator */
1642         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1643 }
1644
1645 /*
1646  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1647  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1648  * Return number of pages initialized.
1649  */
1650 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1651                                                  unsigned long pfn,
1652                                                  unsigned long end_pfn)
1653 {
1654         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1655         int nid = zone_to_nid(zone);
1656         unsigned long nr_pages = 0;
1657         int zid = zone_idx(zone);
1658         struct page *page = NULL;
1659
1660         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1661                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1662                         page = NULL;
1663                         continue;
1664                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1665                         page = pfn_to_page(pfn);
1666                         touch_nmi_watchdog();
1667                 } else {
1668                         page++;
1669                 }
1670                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1671                 nr_pages++;
1672         }
1673         return (nr_pages);
1674 }
1675
1676 /*
1677  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1678  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1679  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1680  * return false indicating there are no valid ranges left.
1681  */
1682 static bool __init
1683 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1684                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1685                                     unsigned long first_init_pfn)
1686 {
1687         u64 j;
1688
1689         /*
1690          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1691          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1692          * so we just need to flush them out of the system.
1693          */
1694         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1695                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1696                         continue;
1697                 if (*spfn < first_init_pfn)
1698                         *spfn = first_init_pfn;
1699                 *i = j;
1700                 return true;
1701         }
1702
1703         return false;
1704 }
1705
1706 /*
1707  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1708  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1709  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1710  * page in __free_one_page()).
1711  *
1712  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1713  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1714  * any issues with the buddy page computation.
1715  */
1716 static unsigned long __init
1717 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1718                        unsigned long *end_pfn)
1719 {
1720         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1721         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1722         unsigned long nr_pages = 0;
1723         u64 j = *i;
1724
1725         /* First we loop through and initialize the page values */
1726         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1727                 unsigned long t;
1728
1729                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1730                         break;
1731
1732                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1733                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1734
1735                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1736                         *start_pfn = mo_pfn;
1737                         break;
1738                 }
1739         }
1740
1741         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1742         swap(j, *i);
1743
1744         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1745                 unsigned long t;
1746
1747                 if (mo_pfn <= spfn)
1748                         break;
1749
1750                 t = min(mo_pfn, epfn);
1751                 deferred_free_pages(spfn, t);
1752
1753                 if (mo_pfn <= epfn)
1754                         break;
1755         }
1756
1757         return nr_pages;
1758 }
1759
1760 /* Initialise remaining memory on a node */
1761 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1762 {
1763         pg_data_t *pgdat = data;
1764         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1765         unsigned long spfn = 0, epfn = 0, nr_pages = 0;
1766         unsigned long first_init_pfn, flags;
1767         unsigned long start = jiffies;
1768         struct zone *zone;
1769         int zid;
1770         u64 i;
1771
1772         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1773         if (!cpumask_empty(cpumask))
1774                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1775
1776         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1777         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1778         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1779                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1780                 pgdat_init_report_one_done();
1781                 return 0;
1782         }
1783
1784         /* Sanity check boundaries */
1785         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1786         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1787         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1788
1789         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1790         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1791                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1792                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1793                         break;
1794         }
1795
1796         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1797         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1798                                                  first_init_pfn))
1799                 goto zone_empty;
1800
1801         /*
1802          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1803          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1804          * allocator.
1805          */
1806         while (spfn < epfn)
1807                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1808 zone_empty:
1809         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1810
1811         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1812         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1813
1814         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n",
1815                 pgdat->node_id, nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1816
1817         pgdat_init_report_one_done();
1818         return 0;
1819 }
1820
1821 /*
1822  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1823  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1824  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1825  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1826  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1827  *
1828  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1829  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1830  * enough pages to satisfy the allocation.
1831  *
1832  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1833  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1834  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1835  */
1836 static noinline bool __init
1837 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1838 {
1839         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1840         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1841         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1842         unsigned long spfn, epfn, flags;
1843         unsigned long nr_pages = 0;
1844         u64 i;
1845
1846         /* Only the last zone may have deferred pages */
1847         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1848                 return false;
1849
1850         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1851
1852         /*
1853          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1854          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1855          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1856          * has this static branch.
1857          */
1858         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1859                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1860                 return true;
1861         }
1862
1863         /*
1864          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1865          * true, as there might be enough pages already.
1866          */
1867         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1868                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1869                 return true;
1870         }
1871
1872         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1873         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1874                                                  first_deferred_pfn)) {
1875                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1876                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1877                 /* Retry only once. */
1878                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1879         }
1880
1881         /*
1882          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1883          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1884          * allocator.
1885          */
1886         while (spfn < epfn) {
1887                 /* update our first deferred PFN for this section */
1888                 first_deferred_pfn = spfn;
1889
1890                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1891
1892                 /* We should only stop along section boundaries */
1893                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1894                         continue;
1895
1896                 /* If our quota has been met we can stop here */
1897                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1898                         break;
1899         }
1900
1901         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1902         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1903
1904         return nr_pages > 0;
1905 }
1906
1907 /*
1908  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1909  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1910  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1911  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1912  */
1913 static bool __ref
1914 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1915 {
1916         return deferred_grow_zone(zone, order);
1917 }
1918
1919 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1920
1921 void __init page_alloc_init_late(void)
1922 {
1923         struct zone *zone;
1924         int nid;
1925
1926 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1927
1928         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1929         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1930         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1931                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1932         }
1933
1934         /* Block until all are initialised */
1935         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1936
1937         /*
1938          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
1939          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
1940          * will be artificially small.
1941          */
1942         for_each_populated_zone(zone)
1943                 zone_pcp_update(zone);
1944
1945         /*
1946          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1947          * on-demand struct page initialization.
1948          */
1949         static_branch_disable(&deferred_pages);
1950
1951         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1952         files_maxfiles_init();
1953 #endif
1954
1955         /* Discard memblock private memory */
1956         memblock_discard();
1957
1958         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
1959                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
1960
1961         for_each_populated_zone(zone)
1962                 set_zone_contiguous(zone);
1963 }
1964
1965 #ifdef CONFIG_CMA
1966 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1967 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1968 {
1969         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1970         struct page *p = page;
1971
1972         do {
1973                 __ClearPageReserved(p);
1974                 set_page_count(p, 0);
1975         } while (++p, --i);
1976
1977         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1978
1979         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1980                 i = pageblock_nr_pages;
1981                 p = page;
1982                 do {
1983                         set_page_refcounted(p);
1984                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1985                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1986                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1987         } else {
1988                 set_page_refcounted(page);
1989                 __free_pages(page, pageblock_order);
1990         }
1991
1992         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1993 }
1994 #endif
1995
1996 /*
1997  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1998  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1999  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2000  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2001  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2002  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2003  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2004  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2005  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2006  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2007  *
2008  * -- nyc
2009  */
2010 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2011         int low, int high, struct free_area *area,
2012         int migratetype)
2013 {
2014         unsigned long size = 1 << high;
2015
2016         while (high > low) {
2017                 area--;
2018                 high--;
2019                 size >>= 1;
2020                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2021
2022                 /*
2023                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2024                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2025                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2026                  * pages will stay not present in virtual address space
2027                  */
2028                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2029                         continue;
2030
2031                 add_to_free_area(&page[size], area, migratetype);
2032                 set_page_order(&page[size], high);
2033         }
2034 }
2035
2036 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2037 {
2038         const char *bad_reason = NULL;
2039         unsigned long bad_flags = 0;
2040
2041         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
2042                 bad_reason = "nonzero mapcount";
2043         if (unlikely(page->mapping != NULL))
2044                 bad_reason = "non-NULL mapping";
2045         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
2046                 bad_reason = "nonzero _refcount";
2047         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2048                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
2049                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
2050                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2051                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2052                 return;
2053         }
2054         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
2055                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
2056                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
2057         }
2058 #ifdef CONFIG_MEMCG
2059         if (unlikely(page->mem_cgroup))
2060                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
2061 #endif
2062         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
2063 }
2064
2065 /*
2066  * This page is about to be returned from the page allocator
2067  */
2068 static inline int check_new_page(struct page *page)
2069 {
2070         if (likely(page_expected_state(page,
2071                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2072                 return 0;
2073
2074         check_new_page_bad(page);
2075         return 1;
2076 }
2077
2078 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2079 {
2080         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2081                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2082 }
2083
2084 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2085 /*
2086  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2087  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2088  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2089  */
2090 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2091 {
2092         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2093                 return check_new_page(page);
2094         else
2095                 return false;
2096 }
2097
2098 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2099 {
2100         return check_new_page(page);
2101 }
2102 #else
2103 /*
2104  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2105  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2106  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2107  */
2108 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2109 {
2110         return check_new_page(page);
2111 }
2112 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2113 {
2114         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2115                 return check_new_page(page);
2116         else
2117                 return false;
2118 }
2119 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2120
2121 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2122 {
2123         int i;
2124         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2125                 struct page *p = page + i;
2126
2127                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2128                         return true;
2129         }
2130
2131         return false;
2132 }
2133
2134 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2135                                 gfp_t gfp_flags)
2136 {
2137         set_page_private(page, 0);
2138         set_page_refcounted(page);
2139
2140         arch_alloc_page(page, order);
2141         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2142                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2143         kasan_alloc_pages(page, order);
2144         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2145         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2146 }
2147
2148 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2149                                                         unsigned int alloc_flags)
2150 {
2151         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2152
2153         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2154                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2155
2156         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2157                 prep_compound_page(page, order);
2158
2159         /*
2160          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2161          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2162          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2163          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2164          */
2165         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2166                 set_page_pfmemalloc(page);
2167         else
2168                 clear_page_pfmemalloc(page);
2169 }
2170
2171 /*
2172  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2173  * the smallest available page from the freelists
2174  */
2175 static __always_inline
2176 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2177                                                 int migratetype)
2178 {
2179         unsigned int current_order;
2180         struct free_area *area;
2181         struct page *page;
2182
2183         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2184         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2185                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2186                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2187                 if (!page)
2188                         continue;
2189                 del_page_from_free_area(page, area);
2190                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
2191                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2192                 return page;
2193         }
2194
2195         return NULL;
2196 }
2197
2198
2199 /*
2200  * This array describes the order lists are fallen back to when
2201  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2202  */
2203 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2204         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2205         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2206         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2207 #ifdef CONFIG_CMA
2208         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2209 #endif
2210 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2211         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2212 #endif
2213 };
2214
2215 #ifdef CONFIG_CMA
2216 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2217                                         unsigned int order)
2218 {
2219         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2220 }
2221 #else
2222 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2223                                         unsigned int order) { return NULL; }
2224 #endif
2225
2226 /*
2227  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2228  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2229  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2230  */
2231 static int move_freepages(struct zone *zone,
2232                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2233                           int migratetype, int *num_movable)
2234 {
2235         struct page *page;
2236         unsigned int order;
2237         int pages_moved = 0;
2238
2239         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2240                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2241                         page++;
2242                         continue;
2243                 }
2244
2245                 if (!PageBuddy(page)) {
2246                         /*
2247                          * We assume that pages that could be isolated for
2248                          * migration are movable. But we don't actually try
2249                          * isolating, as that would be expensive.
2250                          */
2251                         if (num_movable &&
2252                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2253                                 (*num_movable)++;
2254
2255                         page++;
2256                         continue;
2257                 }
2258
2259                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2260                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2261                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2262
2263                 order = page_order(page);
2264                 move_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
2265                 page += 1 << order;
2266                 pages_moved += 1 << order;
2267         }
2268
2269         return pages_moved;
2270 }
2271
2272 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2273                                 int migratetype, int *num_movable)
2274 {
2275         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2276         struct page *start_page, *end_page;
2277
2278         if (num_movable)
2279                 *num_movable = 0;
2280
2281         start_pfn = page_to_pfn(page);
2282         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2283         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2284         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2285         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2286
2287         /* Do not cross zone boundaries */
2288         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2289                 start_page = page;
2290         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2291                 return 0;
2292
2293         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2294                                                                 num_movable);
2295 }
2296
2297 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2298                                         int start_order, int migratetype)
2299 {
2300         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2301
2302         while (nr_pageblocks--) {
2303                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2304                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2305         }
2306 }
2307
2308 /*
2309  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2310  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2311  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2312  *
2313  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2314  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2315  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2316  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2317  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2318  * pageblocks.
2319  */
2320 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2321 {
2322         /*
2323          * Leaving this order check is intended, although there is
2324          * relaxed order check in next check. The reason is that
2325          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2326          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2327          * so could be changed anytime.
2328          */
2329         if (order >= pageblock_order)
2330                 return true;
2331
2332         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2333                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2334                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2335                 page_group_by_mobility_disabled)
2336                 return true;
2337
2338         return false;
2339 }
2340
2341 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2342 {
2343         unsigned long max_boost;
2344
2345         if (!watermark_boost_factor)
2346                 return;
2347
2348         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2349                         watermark_boost_factor, 10000);
2350
2351         /*
2352          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2353          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2354          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2355          * allocations that early means that reclaim is not going
2356          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2357          * boosted watermark resulting in a hang.
2358          */
2359         if (!max_boost)
2360                 return;
2361
2362         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2363
2364         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2365                 max_boost);
2366 }
2367
2368 /*
2369  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2370  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2371  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2372  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2373  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2374  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2375  */
2376 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2377                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2378 {
2379         unsigned int current_order = page_order(page);
2380         struct free_area *area;
2381         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2382         int old_block_type;
2383
2384         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2385
2386         /*
2387          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2388          * highatomic accounting.
2389          */
2390         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2391                 goto single_page;
2392
2393         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2394         if (current_order >= pageblock_order) {
2395                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2396                 goto single_page;
2397         }
2398
2399         /*
2400          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2401          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2402          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2403          */
2404         boost_watermark(zone);
2405         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2406                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2407
2408         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2409         if (!whole_block)
2410                 goto single_page;
2411
2412         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2413                                                 &movable_pages);
2414         /*
2415          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2416          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2417          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2418          */
2419         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2420                 alike_pages = movable_pages;
2421         } else {
2422                 /*
2423                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2424                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2425                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2426                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2427                  * exact migratetype of non-movable pages.
2428                  */
2429                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2430                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2431                                                 - (free_pages + movable_pages);
2432                 else
2433                         alike_pages = 0;
2434         }
2435
2436         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2437         if (!free_pages)
2438                 goto single_page;
2439
2440         /*
2441          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2442          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2443          */
2444         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2445                         page_group_by_mobility_disabled)
2446                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2447
2448         return;
2449
2450 single_page:
2451         area = &zone->free_area[current_order];
2452         move_to_free_area(page, area, start_type);
2453 }
2454
2455 /*
2456  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2457  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2458  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2459  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2460  */
2461 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2462                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2463 {
2464         int i;
2465         int fallback_mt;
2466
2467         if (area->nr_free == 0)
2468                 return -1;
2469
2470         *can_steal = false;
2471         for (i = 0;; i++) {
2472                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2473                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2474                         break;
2475
2476                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2477                         continue;
2478
2479                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2480                         *can_steal = true;
2481
2482                 if (!only_stealable)
2483                         return fallback_mt;
2484
2485                 if (*can_steal)
2486                         return fallback_mt;
2487         }
2488
2489         return -1;
2490 }
2491
2492 /*
2493  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2494  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2495  */
2496 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2497                                 unsigned int alloc_order)
2498 {
2499         int mt;
2500         unsigned long max_managed, flags;
2501
2502         /*
2503          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2504          * Check is race-prone but harmless.
2505          */
2506         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2507         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2508                 return;
2509
2510         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2511
2512         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2513         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2514                 goto out_unlock;
2515
2516         /* Yoink! */
2517         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2518         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2519             && !is_migrate_cma(mt)) {
2520                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2521                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2522                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2523         }
2524
2525 out_unlock:
2526         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2527 }
2528
2529 /*
2530  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2531  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2532  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2533  * to recover from than an OOM.
2534  *
2535  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2536  * pageblock is exhausted.
2537  */
2538 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2539                                                 bool force)
2540 {
2541         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2542         unsigned long flags;
2543         struct zoneref *z;
2544         struct zone *zone;
2545         struct page *page;
2546         int order;
2547         bool ret;
2548
2549         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2550                                                                 ac->nodemask) {
2551                 /*
2552                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2553                  * is really high.
2554                  */
2555                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2556                                         pageblock_nr_pages)
2557                         continue;
2558
2559                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2560                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2561                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2562
2563                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2564                         if (!page)
2565                                 continue;
2566
2567                         /*
2568                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2569                          * we can counter several free pages in a pageblock
2570                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2571                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2572                          * adjust the count once.
2573                          */
2574                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2575                                 /*
2576                                  * It should never happen but changes to
2577                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2578                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2579                                  * while unreserving so be safe and watch for
2580                                  * underflows.
2581                                  */
2582                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2583                                                 pageblock_nr_pages,
2584                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2585                         }
2586
2587                         /*
2588                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2589                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2590                          * is doing the work and needs the pages. More
2591                          * importantly, if the block was always converted to
2592                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2593                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2594                          * may increase.
2595                          */
2596                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2597                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2598                                                                         NULL);
2599                         if (ret) {
2600                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2601                                 return ret;
2602                         }
2603                 }
2604                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2605         }
2606
2607         return false;
2608 }
2609
2610 /*
2611  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2612  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2613  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2614  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2615  *
2616  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2617  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2618  * condition simpler.
2619  */
2620 static __always_inline bool
2621 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2622                                                 unsigned int alloc_flags)
2623 {
2624         struct free_area *area;
2625         int current_order;
2626         int min_order = order;
2627         struct page *page;
2628         int fallback_mt;
2629         bool can_steal;
2630
2631         /*
2632          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2633          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2634          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2635          */
2636         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2637                 min_order = pageblock_order;
2638
2639         /*
2640          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2641          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2642          * would be too costly to do exactly.
2643          */
2644         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2645                                 --current_order) {
2646                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2647                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2648                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2649                 if (fallback_mt == -1)
2650                         continue;
2651
2652                 /*
2653                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2654                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2655                  * steal and split the smallest available page instead of the
2656                  * largest available page, because even if the next movable
2657                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2658                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2659                  */
2660                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2661                                         && current_order > order)
2662                         goto find_smallest;
2663
2664                 goto do_steal;
2665         }
2666
2667         return false;
2668
2669 find_smallest:
2670         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2671                                                         current_order++) {
2672                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2673                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2674                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2675                 if (fallback_mt != -1)
2676                         break;
2677         }
2678
2679         /*
2680          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2681          * when looking for the largest page.
2682          */
2683         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2684
2685 do_steal:
2686         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2687
2688         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2689                                                                 can_steal);
2690
2691         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2692                 start_migratetype, fallback_mt);
2693
2694         return true;
2695
2696 }
2697
2698 /*
2699  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2700  * Call me with the zone->lock already held.
2701  */
2702 static __always_inline struct page *
2703 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2704                                                 unsigned int alloc_flags)
2705 {
2706         struct page *page;
2707
2708 retry:
2709         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2710         if (unlikely(!page)) {
2711                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2712                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2713
2714                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2715                                                                 alloc_flags))
2716                         goto retry;
2717         }
2718
2719         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2720         return page;
2721 }
2722
2723 /*
2724  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2725  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2726  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2727  */
2728 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2729                         unsigned long count, struct list_head *list,
2730                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2731 {
2732         int i, alloced = 0;
2733
2734         spin_lock(&zone->lock);
2735         for (i = 0; i < count; ++i) {
2736                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2737                                                                 alloc_flags);
2738                 if (unlikely(page == NULL))
2739                         break;
2740
2741                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2742                         continue;
2743
2744                 /*
2745                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2746                  * physical page order. The page is added to the tail of
2747                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2748                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2749                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2750                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2751                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2752                  * pages are ordered properly.
2753                  */
2754                 list_add_tail(&page->lru, list);
2755                 alloced++;
2756                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2757                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2758                                               -(1 << order));
2759         }
2760
2761         /*
2762          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2763          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2764          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2765          * pages added to the pcp list.
2766          */
2767         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2768         spin_unlock(&zone->lock);
2769         return alloced;
2770 }
2771
2772 #ifdef CONFIG_NUMA
2773 /*
2774  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2775  * currently executing processor on remote nodes after they have
2776  * expired.
2777  *
2778  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2779  * a single processor.
2780  */
2781 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2782 {
2783         unsigned long flags;
2784         int to_drain, batch;
2785
2786         local_irq_save(flags);
2787         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2788         to_drain = min(pcp->count, batch);
2789         if (to_drain > 0)
2790                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2791         local_irq_restore(flags);
2792 }
2793 #endif
2794
2795 /*
2796  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2797  *
2798  * The processor must either be the current processor and the
2799  * thread pinned to the current processor or a processor that
2800  * is not online.
2801  */
2802 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2803 {
2804         unsigned long flags;
2805         struct per_cpu_pageset *pset;
2806         struct per_cpu_pages *pcp;
2807
2808         local_irq_save(flags);
2809         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2810
2811         pcp = &pset->pcp;
2812         if (pcp->count)
2813                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2814         local_irq_restore(flags);
2815 }
2816
2817 /*
2818  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2819  *
2820  * The processor must either be the current processor and the
2821  * thread pinned to the current processor or a processor that
2822  * is not online.
2823  */
2824 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2825 {
2826         struct zone *zone;
2827
2828         for_each_populated_zone(zone) {
2829                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2830         }
2831 }
2832
2833 /*
2834  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2835  *
2836  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2837  * the single zone's pages.
2838  */
2839 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2840 {
2841         int cpu = smp_processor_id();
2842
2843         if (zone)
2844                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2845         else
2846                 drain_pages(cpu);
2847 }
2848
2849 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2850 {
2851         struct pcpu_drain *drain;
2852
2853         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2854
2855         /*
2856          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2857          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2858          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2859          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2860          * a different one.
2861          */
2862         preempt_disable();
2863         drain_local_pages(drain->zone);
2864         preempt_enable();
2865 }
2866
2867 /*
2868  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2869  *
2870  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2871  *
2872  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2873  */
2874 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2875 {
2876         int cpu;
2877
2878         /*
2879          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2880          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2881          */
2882         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2883
2884         /*
2885          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2886          * initialized.
2887          */
2888         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2889                 return;
2890
2891         /*
2892          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2893          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2894          * the drain to be complete when the call returns.
2895          */
2896         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2897                 if (!zone)
2898                         return;
2899                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2900         }
2901
2902         /*
2903          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2904          * as offline notification will cause the notified
2905          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2906          * disables preemption as part of its processing
2907          */
2908         for_each_online_cpu(cpu) {
2909                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2910                 struct zone *z;
2911                 bool has_pcps = false;
2912
2913                 if (zone) {
2914                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2915                         if (pcp->pcp.count)
2916                                 has_pcps = true;
2917                 } else {
2918                         for_each_populated_zone(z) {
2919                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2920                                 if (pcp->pcp.count) {
2921                                         has_pcps = true;
2922                                         break;
2923                                 }
2924                         }
2925                 }
2926
2927                 if (has_pcps)
2928                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2929                 else
2930                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2931         }
2932
2933         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2934                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2935
2936                 drain->zone = zone;
2937                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
2938                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
2939         }
2940         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2941                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
2942
2943         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2944 }
2945
2946 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2947
2948 /*
2949  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2950  */
2951 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2952
2953 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2954 {
2955         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2956         unsigned long flags;
2957         unsigned int order, t;
2958         struct page *page;
2959
2960         if (zone_is_empty(zone))
2961                 return;
2962
2963         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2964
2965         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2966         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2967                 if (pfn_valid(pfn)) {
2968                         page = pfn_to_page(pfn);
2969
2970                         if (!--page_count) {
2971                                 touch_nmi_watchdog();
2972                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2973                         }
2974
2975                         if (page_zone(page) != zone)
2976                                 continue;
2977
2978                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2979                                 swsusp_unset_page_free(page);
2980                 }
2981
2982         for_each_migratetype_order(order, t) {
2983                 list_for_each_entry(page,
2984                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2985                         unsigned long i;
2986
2987                         pfn = page_to_pfn(page);
2988                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2989                                 if (!--page_count) {
2990                                         touch_nmi_watchdog();
2991                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2992                                 }
2993                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2994                         }
2995                 }
2996         }
2997         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2998 }
2999 #endif /* CONFIG_PM */
3000
3001 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3002 {
3003         int migratetype;
3004
3005         if (!free_pcp_prepare(page))
3006                 return false;
3007
3008         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3009         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3010         return true;
3011 }
3012
3013 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3014 {
3015         struct zone *zone = page_zone(page);
3016         struct per_cpu_pages *pcp;
3017         int migratetype;
3018
3019         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3020         __count_vm_event(PGFREE);
3021
3022         /*
3023          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3024          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3025          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3026          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3027          * excessively into the page allocator
3028          */
3029         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3030                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3031                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
3032                         return;
3033                 }
3034                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3035         }
3036
3037         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3038         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3039         pcp->count++;
3040         if (pcp->count >= pcp->high) {
3041                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3042                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3043         }
3044 }
3045
3046 /*
3047  * Free a 0-order page
3048  */
3049 void free_unref_page(struct page *page)
3050 {
3051         unsigned long flags;
3052         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3053
3054         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3055                 return;
3056
3057         local_irq_save(flags);
3058         free_unref_page_commit(page, pfn);
3059         local_irq_restore(flags);
3060 }
3061
3062 /*
3063  * Free a list of 0-order pages
3064  */
3065 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3066 {
3067         struct page *page, *next;
3068         unsigned long flags, pfn;
3069         int batch_count = 0;
3070
3071         /* Prepare pages for freeing */
3072         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3073                 pfn = page_to_pfn(page);
3074                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3075                         list_del(&page->lru);
3076                 set_page_private(page, pfn);
3077         }
3078
3079         local_irq_save(flags);
3080         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3081                 unsigned long pfn = page_private(page);
3082
3083                 set_page_private(page, 0);
3084                 trace_mm_page_free_batched(page);
3085                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3086
3087                 /*
3088                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3089                  * a large list of pages to free.
3090                  */
3091                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3092                         local_irq_restore(flags);
3093                         batch_count = 0;
3094                         local_irq_save(flags);
3095                 }
3096         }
3097         local_irq_restore(flags);
3098 }
3099
3100 /*
3101  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3102  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3103  * Each sub-page must be freed individually.
3104  *
3105  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3106  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3107  */
3108 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3109 {
3110         int i;
3111
3112         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3113         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3114
3115         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3116                 set_page_refcounted(page + i);
3117         split_page_owner(page, order);
3118 }
3119 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3120
3121 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3122 {
3123         struct free_area *area = &page_zone(page)->free_area[order];
3124         unsigned long watermark;
3125         struct zone *zone;
3126         int mt;
3127
3128         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3129
3130         zone = page_zone(page);
3131         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3132
3133         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3134                 /*
3135                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3136                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3137                  * watermark, because we already know our high-order page
3138                  * exists.
3139                  */
3140                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3141                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3142                         return 0;
3143
3144                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3145         }
3146
3147         /* Remove page from free list */
3148
3149         del_page_from_free_area(page, area);
3150
3151         /*
3152          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3153          * pageblock
3154          */
3155         if (order >= pageblock_order - 1) {
3156                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3157                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3158                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3159                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3160                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3161                                 set_pageblock_migratetype(page,
3162                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3163                 }
3164         }
3165
3166
3167         return 1UL << order;
3168 }
3169
3170 /*
3171  * Update NUMA hit/miss statistics
3172  *
3173  * Must be called with interrupts disabled.
3174  */
3175 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3176 {
3177 #ifdef CONFIG_NUMA
3178         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3179
3180         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3181         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3182                 return;
3183
3184         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3185                 local_stat = NUMA_OTHER;
3186
3187         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3188                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3189         else {
3190                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3191                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3192         }
3193         __inc_numa_state(z, local_stat);
3194 #endif
3195 }
3196
3197 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3198 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3199                         unsigned int alloc_flags,
3200                         struct per_cpu_pages *pcp,
3201                         struct list_head *list)
3202 {
3203         struct page *page;
3204
3205         do {
3206                 if (list_empty(list)) {
3207                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3208                                         pcp->batch, list,
3209                                         migratetype, alloc_flags);
3210                         if (unlikely(list_empty(list)))
3211                                 return NULL;
3212                 }
3213
3214                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3215                 list_del(&page->lru);
3216                 pcp->count--;
3217         } while (check_new_pcp(page));
3218
3219         return page;
3220 }
3221
3222 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3223 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3224                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3225                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3226 {
3227         struct per_cpu_pages *pcp;
3228         struct list_head *list;
3229         struct page *page;
3230         unsigned long flags;
3231
3232         local_irq_save(flags);
3233         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3234         list = &pcp->lists[migratetype];
3235         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3236         if (page) {
3237                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3238                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3239         }
3240         local_irq_restore(flags);
3241         return page;
3242 }
3243
3244 /*
3245  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3246  */
3247 static inline
3248 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3249                         struct zone *zone, unsigned int order,
3250                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3251                         int migratetype)
3252 {
3253         unsigned long flags;
3254         struct page *page;
3255
3256         if (likely(order == 0)) {
3257                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3258                                         migratetype, alloc_flags);
3259                 goto out;
3260         }
3261
3262         /*
3263          * We most definitely don't want callers attempting to
3264          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3265          */
3266         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3267         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3268
3269         do {
3270                 page = NULL;
3271                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3272                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3273                         if (page)
3274                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3275                 }
3276                 if (!page)
3277                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3278         } while (page && check_new_pages(page, order));
3279         spin_unlock(&zone->lock);
3280         if (!page)
3281                 goto failed;
3282         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3283                                   get_pcppage_migratetype(page));
3284
3285         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3286         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3287         local_irq_restore(flags);
3288
3289 out:
3290         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3291         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3292                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3293                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3294         }
3295
3296         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3297         return page;
3298
3299 failed:
3300         local_irq_restore(flags);
3301         return NULL;
3302 }
3303
3304 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3305
3306 static struct {
3307         struct fault_attr attr;
3308
3309         bool ignore_gfp_highmem;
3310         bool ignore_gfp_reclaim;
3311         u32 min_order;
3312 } fail_page_alloc = {
3313         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3314         .ignore_gfp_reclaim = true,
3315         .ignore_gfp_highmem = true,
3316         .min_order = 1,
3317 };
3318
3319 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3320 {
3321         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3322 }
3323 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3324
3325 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3326 {
3327         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3328                 return false;
3329         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3330                 return false;
3331         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3332                 return false;
3333         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3334                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3335                 return false;
3336
3337         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3338 }
3339
3340 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3341
3342 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3343 {
3344         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3345         struct dentry *dir;
3346
3347         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3348                                         &fail_page_alloc.attr);
3349
3350         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3351                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3352         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3353                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3354         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3355
3356         return 0;
3357 }
3358
3359 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3360
3361 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3362
3363 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3364
3365 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3366 {
3367         return false;
3368 }
3369
3370 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3371
3372 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3373 {
3374         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3375 }
3376 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3377
3378 /*
3379  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3380  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3381  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3382  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3383  */
3384 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3385                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3386                          long free_pages)
3387 {
3388         long min = mark;
3389         int o;
3390         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3391
3392         /* free_pages may go negative - that's OK */
3393         free_pages -= (1 << order) - 1;
3394
3395         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3396                 min -= min / 2;
3397
3398         /*
3399          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3400          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3401          * atomic reserve but it avoids a search.
3402          */
3403         if (likely(!alloc_harder)) {
3404                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3405         } else {
3406                 /*
3407                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3408                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3409                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3410                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3411                  */
3412                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3413                         min -= min / 2;
3414                 else
3415                         min -= min / 4;
3416         }
3417
3418
3419 #ifdef CONFIG_CMA
3420         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3421         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3422                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3423 #endif
3424
3425         /*
3426          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3427          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3428          * even if a suitable page happened to be free.
3429          */
3430         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3431                 return false;
3432
3433         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3434         if (!order)
3435                 return true;
3436
3437         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3438         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3439                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3440                 int mt;
3441
3442                 if (!area->nr_free)
3443                         continue;
3444
3445                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3446                         if (!free_area_empty(area, mt))
3447                                 return true;
3448                 }
3449
3450 #ifdef CONFIG_CMA
3451                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3452                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3453                         return true;
3454                 }
3455 #endif
3456                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3457                         return true;
3458         }
3459         return false;
3460 }
3461
3462 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3463                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3464 {
3465         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3466                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3467 }
3468
3469 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3470                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3471 {
3472         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3473         long cma_pages = 0;
3474
3475 #ifdef CONFIG_CMA
3476         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3477         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3478                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3479 #endif
3480
3481         /*
3482          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3483          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3484          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3485          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3486          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3487          */
3488         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3489                 return true;
3490
3491         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3492                                         free_pages);
3493 }
3494
3495 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3496                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3497 {
3498         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3499
3500         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3501                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3502
3503         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3504                                                                 free_pages);
3505 }
3506
3507 #ifdef CONFIG_NUMA
3508 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3509 {
3510         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3511                                 node_reclaim_distance;
3512 }
3513 #else   /* CONFIG_NUMA */
3514 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3515 {
3516         return true;
3517 }
3518 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3519
3520 /*
3521  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3522  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3523  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3524  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3525  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3526  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3527  */
3528 static inline unsigned int
3529 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3530 {
3531         unsigned int alloc_flags;
3532
3533         /*
3534          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3535          * to save a branch.
3536          */
3537         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3538
3539 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3540         if (!zone)
3541                 return alloc_flags;
3542
3543         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3544                 return alloc_flags;
3545
3546         /*
3547          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3548          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3549          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3550          */
3551         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3552         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3553                 return alloc_flags;
3554
3555         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3556 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3557         return alloc_flags;
3558 }
3559
3560 /*
3561  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3562  * a page.
3563  */
3564 static struct page *
3565 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3566                                                 const struct alloc_context *ac)
3567 {
3568         struct zoneref *z;
3569         struct zone *zone;
3570         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3571         bool no_fallback;
3572
3573 retry:
3574         /*
3575          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3576          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3577          */
3578         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3579         z = ac->preferred_zoneref;
3580         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3581                                                                 ac->nodemask) {
3582                 struct page *page;
3583                 unsigned long mark;
3584
3585                 if (cpusets_enabled() &&
3586                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3587                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3588                                 continue;
3589                 /*
3590                  * When allocating a page cache page for writing, we
3591                  * want to get it from a node that is within its dirty
3592                  * limit, such that no single node holds more than its
3593                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3594                  * The dirty limits take into account the node's
3595                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3596                  * should be able to balance it without having to
3597                  * write pages from its LRU list.
3598                  *
3599                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3600                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3601                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3602                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3603                  * nodes are together not big enough to reach the
3604                  * global limit.  The proper fix for these situations
3605                  * will require awareness of nodes in the
3606                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3607                  */
3608                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3609                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3610                                 continue;
3611
3612                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3613                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3614                                 continue;
3615                         }
3616                 }
3617
3618                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3619                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3620                         int local_nid;
3621
3622                         /*
3623                          * If moving to a remote node, retry but allow
3624                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3625                          * than fragmentation avoidance.
3626                          */
3627                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3628                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3629                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3630                                 goto retry;
3631                         }
3632                 }
3633
3634                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3635                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3636                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3637                         int ret;
3638
3639 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3640                         /*
3641                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3642                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3643                          */
3644                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3645                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3646                                         goto try_this_zone;
3647                         }
3648 #endif
3649                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3650                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3651                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3652                                 goto try_this_zone;
3653
3654                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3655                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3656                                 continue;
3657
3658                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3659                         switch (ret) {
3660                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3661                                 /* did not scan */
3662                                 continue;
3663                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3664                                 /* scanned but unreclaimable */
3665                                 continue;
3666                         default:
3667                                 /* did we reclaim enough */
3668                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3669                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3670                                         goto try_this_zone;
3671
3672                                 continue;
3673                         }
3674                 }
3675
3676 try_this_zone:
3677                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3678                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3679                 if (page) {
3680                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3681
3682                         /*
3683                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3684                          * if the pageblock should be reserved for the future
3685                          */
3686                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3687                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3688
3689                         return page;
3690                 } else {
3691 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3692                         /* Try again if zone has deferred pages */
3693                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3694                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3695                                         goto try_this_zone;
3696                         }
3697 #endif
3698                 }
3699         }
3700
3701         /*
3702          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3703          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3704          */
3705         if (no_fallback) {
3706                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3707                 goto retry;
3708         }
3709
3710         return NULL;
3711 }
3712
3713 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3714 {
3715         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3716
3717         /*
3718          * This documents exceptions given to allocations in certain
3719          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3720          * of allowed nodes.
3721          */
3722         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3723                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3724                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3725                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3726         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3727                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3728
3729         show_mem(filter, nodemask);
3730 }
3731
3732 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3733 {
3734         struct va_format vaf;
3735         va_list args;
3736         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3737
3738         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3739                 return;
3740
3741         va_start(args, fmt);
3742         vaf.fmt = fmt;
3743         vaf.va = &args;
3744         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3745                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3746                         nodemask_pr_args(nodemask));
3747         va_end(args);
3748
3749         cpuset_print_current_mems_allowed();
3750         pr_cont("\n");
3751         dump_stack();
3752         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3753 }
3754
3755 static inline struct page *
3756 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3757                               unsigned int alloc_flags,
3758                               const struct alloc_context *ac)
3759 {
3760         struct page *page;
3761
3762         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3763                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3764         /*
3765          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3766          * are depleted
3767          */
3768         if (!page)
3769                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3770                                 alloc_flags, ac);
3771
3772         return page;
3773 }
3774
3775 static inline struct page *
3776 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3777         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3778 {
3779         struct oom_control oc = {
3780                 .zonelist = ac->zonelist,
3781                 .nodemask = ac->nodemask,
3782                 .memcg = NULL,
3783                 .gfp_mask = gfp_mask,
3784                 .order = order,
3785         };
3786         struct page *page;
3787
3788         *did_some_progress = 0;
3789
3790         /*
3791          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3792          * making progress for us.
3793          */
3794         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3795                 *did_some_progress = 1;
3796                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3797                 return NULL;
3798         }
3799
3800         /*
3801          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3802          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3803          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3804          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3805          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3806          */
3807         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3808                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3809                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3810         if (page)
3811                 goto out;
3812
3813         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3814         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3815                 goto out;
3816         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3817         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3818                 goto out;
3819         /*
3820          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3821          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3822          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3823          * fallback than shooting a random task.
3824          */
3825         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3826                 goto out;
3827         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3828         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3829                 goto out;
3830         if (pm_suspended_storage())
3831                 goto out;
3832         /*
3833          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3834          * other request to make a forward progress.
3835          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3836          * do much for this context but let's try it to at least get
3837          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3838          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3839          * failures more gracefully we should just bail out here.
3840          */
3841
3842         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3843         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3844                 goto out;
3845
3846         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3847         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3848                 *did_some_progress = 1;
3849
3850                 /*
3851                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3852                  * reserves
3853                  */
3854                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3855                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3856                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3857         }
3858 out:
3859         mutex_unlock(&oom_lock);
3860         return page;
3861 }
3862
3863 /*
3864  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3865  * killer is consider as the only way to move forward.
3866  */
3867 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3868
3869 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3870 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3871 static struct page *
3872 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3873                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3874                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3875 {
3876         struct page *page = NULL;
3877         unsigned long pflags;
3878         unsigned int noreclaim_flag;
3879
3880         if (!order)
3881                 return NULL;
3882
3883         psi_memstall_enter(&pflags);
3884         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3885
3886         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3887                                                                 prio, &page);
3888
3889         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3890         psi_memstall_leave(&pflags);
3891
3892         /*
3893          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3894          * count a compaction stall
3895          */
3896         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3897
3898         /* Prep a captured page if available */
3899         if (page)
3900                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3901
3902         /* Try get a page from the freelist if available */
3903         if (!page)
3904                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3905
3906         if (page) {
3907                 struct zone *zone = page_zone(page);
3908
3909                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3910                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3911                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3912                 return page;
3913         }
3914
3915         /*
3916          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3917          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3918          */
3919         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3920
3921         cond_resched();
3922
3923         return NULL;
3924 }
3925
3926 static inline bool
3927 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3928                      enum compact_result compact_result,
3929                      enum compact_priority *compact_priority,
3930                      int *compaction_retries)
3931 {
3932         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3933         int min_priority;
3934         bool ret = false;
3935         int retries = *compaction_retries;
3936         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3937
3938         if (!order)
3939                 return false;
3940
3941         if (compaction_made_progress(compact_result))
3942                 (*compaction_retries)++;
3943
3944         /*
3945          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3946          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3947          * failure could be caused by insufficient priority
3948          */
3949         if (compaction_failed(compact_result))
3950                 goto check_priority;
3951
3952         /*
3953          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
3954          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
3955          */
3956         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
3957                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3958                 goto out;
3959         }
3960
3961         /*
3962          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3963          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3964          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
3965          * we don't just keep bailing out endlessly.
3966          */
3967         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3968                 goto check_priority;
3969         }
3970
3971         /*
3972          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3973          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3974          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3975          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3976          * would need much more detailed feedback from compaction to
3977          * make a better decision.
3978          */
3979         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3980                 max_retries /= 4;
3981         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3982                 ret = true;
3983                 goto out;
3984         }
3985
3986         /*
3987          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3988          * all retries or failed at the lower priorities.
3989          */
3990 check_priority:
3991         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3992                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3993
3994         if (*compact_priority > min_priority) {
3995                 (*compact_priority)--;
3996                 *compaction_retries = 0;
3997                 ret = true;
3998         }
3999 out:
4000         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4001         return ret;
4002 }
4003 #else
4004 static inline struct page *
4005 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4006                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4007                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4008 {
4009         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4010         return NULL;
4011 }
4012
4013 static inline bool
4014 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4015                      enum compact_result compact_result,
4016                      enum compact_priority *compact_priority,
4017                      int *compaction_retries)
4018 {
4019         struct zone *zone;
4020         struct zoneref *z;
4021
4022         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4023                 return false;
4024
4025         /*
4026          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4027          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4028          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4029          * watermarks are OK.
4030          */
4031         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4032                                         ac->nodemask) {
4033                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4034                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
4035                         return true;
4036         }
4037         return false;
4038 }
4039 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4040
4041 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4042 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4043         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4044
4045 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4046 {
4047         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4048
4049         /* no reclaim without waiting on it */
4050         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4051                 return false;
4052
4053         /* this guy won't enter reclaim */
4054         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4055                 return false;
4056
4057         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4058         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4059                 return false;
4060
4061         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4062                 return false;
4063
4064         return true;
4065 }
4066
4067 void __fs_reclaim_acquire(void)
4068 {
4069         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4070 }
4071
4072 void __fs_reclaim_release(void)
4073 {
4074         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4075 }
4076
4077 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4078 {
4079         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4080                 __fs_reclaim_acquire();
4081 }
4082 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4083
4084 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4085 {
4086         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4087                 __fs_reclaim_release();
4088 }
4089 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4090 #endif
4091
4092 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4093 static int
4094 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4095                                         const struct alloc_context *ac)
4096 {
4097         int progress;
4098         unsigned int noreclaim_flag;
4099         unsigned long pflags;
4100
4101         cond_resched();
4102
4103         /* We now go into synchronous reclaim */
4104         cpuset_memory_pressure_bump();
4105         psi_memstall_enter(&pflags);
4106         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4107         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4108
4109         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4110                                                                 ac->nodemask);
4111
4112         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4113         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4114         psi_memstall_leave(&pflags);
4115
4116         cond_resched();
4117
4118         return progress;
4119 }
4120
4121 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4122 static inline struct page *
4123 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4124                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4125                 unsigned long *did_some_progress)
4126 {
4127         struct page *page = NULL;
4128         bool drained = false;
4129
4130         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4131         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4132                 return NULL;
4133
4134 retry:
4135         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4136
4137         /*
4138          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4139          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4140          * Shrink them them and try again
4141          */
4142         if (!page && !drained) {
4143                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4144                 drain_all_pages(NULL);
4145                 drained = true;
4146                 goto retry;
4147         }
4148
4149         return page;
4150 }
4151
4152 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4153                              const struct alloc_context *ac)
4154 {
4155         struct zoneref *z;
4156         struct zone *zone;
4157         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4158         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
4159
4160         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
4161                                         ac->nodemask) {
4162                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4163                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
4164                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4165         }
4166 }
4167
4168 static inline unsigned int
4169 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4170 {
4171         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4172
4173         /*
4174          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4175          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4176          * to save two branches.
4177          */
4178         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4179         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4180
4181         /*
4182          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4183          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4184          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4185          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4186          */
4187         alloc_flags |= (__force int)
4188                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4189
4190         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4191                 /*
4192                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4193                  * if it can't schedule.
4194                  */
4195                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4196                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4197                 /*
4198                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4199                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4200                  */
4201                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4202         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4203                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4204
4205 #ifdef CONFIG_CMA
4206         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4207                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4208 #endif
4209         return alloc_flags;
4210 }
4211
4212 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4213 {
4214         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4215                 return false;
4216
4217         /*
4218          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4219          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4220          */
4221         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4222                 return false;
4223
4224         return true;
4225 }
4226
4227 /*
4228  * Distinguish requests which really need access to full memory
4229  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4230  */
4231 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4232 {
4233         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4234                 return 0;
4235         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4236                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4237         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4238                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4239         if (!in_interrupt()) {
4240                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4241                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4242                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4243                         return ALLOC_OOM;
4244         }
4245
4246         return 0;
4247 }
4248
4249 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4250 {
4251         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4252 }
4253
4254 /*
4255  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4256  * for the given allocation request.
4257  *
4258  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4259  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4260  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4261  *
4262  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4263  */
4264 static inline bool
4265 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4266                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4267                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4268 {
4269         struct zone *zone;
4270         struct zoneref *z;
4271         bool ret = false;
4272
4273         /*
4274          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4275          * their order will become available due to high fragmentation so
4276          * always increment the no progress counter for them
4277          */
4278         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4279                 *no_progress_loops = 0;
4280         else
4281                 (*no_progress_loops)++;
4282
4283         /*
4284          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4285          * several times in the row.
4286          */
4287         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4288                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4289                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4290         }
4291
4292         /*
4293          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4294          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4295          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4296          * screwed and have to go OOM.
4297          */
4298         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4299                                         ac->nodemask) {
4300                 unsigned long available;
4301                 unsigned long reclaimable;
4302                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4303                 bool wmark;
4304
4305                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4306                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4307
4308                 /*
4309                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4310                  * reclaimable pages?
4311                  */
4312                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4313                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
4314                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4315                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4316                 if (wmark) {
4317                         /*
4318                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4319                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4320                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4321                          * prevent from pre mature OOM
4322                          */
4323                         if (!did_some_progress) {
4324                                 unsigned long write_pending;
4325
4326                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4327                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4328
4329                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4330                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4331                                         return true;
4332                                 }
4333                         }
4334
4335                         ret = true;
4336                         goto out;
4337                 }
4338         }
4339
4340 out:
4341         /*
4342          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4343          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4344          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4345          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4346          * here rather than calling cond_resched().
4347          */
4348         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4349                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4350         else
4351                 cond_resched();
4352         return ret;
4353 }
4354
4355 static inline bool
4356 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4357 {
4358         /*
4359          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4360          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4361          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4362          * such a way the check therein was true, and then it became false
4363          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4364          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4365          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4366          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4367          * caller can deal with a violated nodemask.
4368          */
4369         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4370                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4371                 ac->nodemask = NULL;
4372                 return true;
4373         }
4374
4375         /*
4376          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4377          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4378          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4379          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4380          * retry.
4381          */
4382         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4383                 return true;
4384
4385         return false;
4386 }
4387
4388 static inline struct page *
4389 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4390                                                 struct alloc_context *ac)
4391 {
4392         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4393         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4394         struct page *page = NULL;
4395         unsigned int alloc_flags;
4396         unsigned long did_some_progress;
4397         enum compact_priority compact_priority;
4398         enum compact_result compact_result;
4399         int compaction_retries;
4400         int no_progress_loops;
4401         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4402         int reserve_flags;
4403
4404         /*
4405          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4406          * callers that are not in atomic context.
4407          */
4408         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4409                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4410                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4411
4412 retry_cpuset:
4413         compaction_retries = 0;
4414         no_progress_loops = 0;
4415         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4416         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4417
4418         /*
4419          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4420          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4421          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4422          */
4423         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4424
4425         /*
4426          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4427          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4428          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4429          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4430          */
4431         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4432                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4433         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4434                 goto nopage;
4435
4436         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4437                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4438
4439         /*
4440          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4441          * that first
4442          */
4443         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4444         if (page)
4445                 goto got_pg;
4446
4447         /*
4448          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4449          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4450          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4451          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4452          * same migratetype.
4453          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4454          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4455          */
4456         if (can_direct_reclaim &&
4457                         (costly_order ||
4458                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4459                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4460                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4461                                                 alloc_flags, ac,
4462                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4463                                                 &compact_result);
4464                 if (page)
4465                         goto got_pg;
4466
4467                 /*
4468                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4469                  * includes some THP page fault allocations
4470                  */
4471                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4472                         /*
4473                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4474                          * failed because all zones are below low watermarks
4475                          * or is prohibited because it recently failed at this
4476                          * order, fail immediately unless the allocator has
4477                          * requested compaction and reclaim retry.
4478                          *
4479                          * Reclaim is
4480                          *  - potentially very expensive because zones are far
4481                          *    below their low watermarks or this is part of very
4482                          *    bursty high order allocations,
4483                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4484                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4485                          *    linear scan, and
4486                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4487                          *    own.
4488                          */
4489                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4490                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4491                                 goto nopage;
4492
4493                         /*
4494                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4495                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4496                          * using async compaction.
4497                          */
4498                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4499                 }
4500         }
4501
4502 retry:
4503         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4504         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4505                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4506
4507         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4508         if (reserve_flags)
4509                 alloc_flags = reserve_flags;
4510
4511         /*
4512          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4513          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4514          * user oriented.
4515          */
4516         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4517                 ac->nodemask = NULL;
4518                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4519                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4520         }
4521
4522         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4523         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4524         if (page)
4525                 goto got_pg;
4526
4527         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4528         if (!can_direct_reclaim)
4529                 goto nopage;
4530
4531         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4532         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4533                 goto nopage;
4534
4535         /* Try direct reclaim and then allocating */
4536         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4537                                                         &did_some_progress);
4538         if (page)
4539                 goto got_pg;
4540
4541         /* Try direct compaction and then allocating */
4542         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4543                                         compact_priority, &compact_result);
4544         if (page)
4545                 goto got_pg;
4546
4547         /* Do not loop if specifically requested */
4548         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4549                 goto nopage;
4550
4551         /*
4552          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4553          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4554          */
4555         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4556                 goto nopage;
4557
4558         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4559                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4560                 goto retry;
4561
4562         /*
4563          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4564          * reclaim is not able to make any progress because the current
4565          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4566          * of free memory (see __compaction_suitable)
4567          */
4568         if (did_some_progress > 0 &&
4569                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4570                                 compact_result, &compact_priority,
4571                                 &compaction_retries))
4572                 goto retry;
4573
4574
4575         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4576         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4577                 goto retry_cpuset;
4578
4579         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4580         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4581         if (page)
4582                 goto got_pg;
4583
4584         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4585         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4586             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4587              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4588                 goto nopage;
4589
4590         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4591         if (did_some_progress) {
4592                 no_progress_loops = 0;
4593                 goto retry;
4594         }
4595
4596 nopage:
4597         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4598         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4599                 goto retry_cpuset;
4600
4601         /*
4602          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4603          * we always retry
4604          */
4605         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4606                 /*
4607                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4608                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4609                  */
4610                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4611                         goto fail;
4612
4613                 /*
4614                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4615                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4616                  * for somebody to do a work for us
4617                  */
4618                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4619
4620                 /*
4621                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4622                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4623                  * so that we can identify them and convert them to something
4624                  * else.
4625                  */
4626                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4627
4628                 /*
4629                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4630                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4631                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4632                  * the situation worse
4633                  */
4634                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4635                 if (page)
4636                         goto got_pg;
4637
4638                 cond_resched();
4639                 goto retry;
4640         }
4641 fail:
4642         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4643                         "page allocation failure: order:%u", order);
4644 got_pg:
4645         return page;
4646 }
4647
4648 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4649                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4650                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4651                 unsigned int *alloc_flags)
4652 {
4653         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4654         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4655         ac->nodemask = nodemask;
4656         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4657
4658         if (cpusets_enabled()) {
4659                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4660                 if (!ac->nodemask)
4661                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4662                 else
4663                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4664         }
4665
4666         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4667         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4668
4669         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4670
4671         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4672                 return false;
4673
4674         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4675                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4676
4677         return true;
4678 }
4679
4680 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4681 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4682 {
4683         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4684         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4685
4686         /*
4687          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4688          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4689          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4690          */
4691         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4692                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4693 }
4694
4695 /*
4696  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4697  */
4698 struct page *
4699 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4700                                                         nodemask_t *nodemask)
4701 {
4702         struct page *page;
4703         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4704         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4705         struct alloc_context ac = { };
4706
4707         /*
4708          * There are several places where we assume that the order value is sane
4709          * so bail out early if the request is out of bound.
4710          */
4711         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4712                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4713                 return NULL;
4714         }
4715
4716         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4717         alloc_mask = gfp_mask;
4718         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4719                 return NULL;
4720
4721         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4722
4723         /*
4724          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4725          * memory until all local zones are considered.
4726          */
4727         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4728
4729         /* First allocation attempt */
4730         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4731         if (likely(page))
4732                 goto out;
4733
4734         /*
4735          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4736          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4737          * from a particular context which has been marked by
4738          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4739          */
4740         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4741         ac.spread_dirty_pages = false;
4742
4743         /*
4744          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4745          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4746          */
4747         ac.nodemask = nodemask;
4748
4749         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4750
4751 out:
4752         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4753             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4754                 __free_pages(page, order);
4755                 page = NULL;
4756         }
4757
4758         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4759
4760         return page;
4761 }
4762 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4763
4764 /*
4765  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4766  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4767  * you need to access high mem.
4768  */
4769 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4770 {
4771         struct page *page;
4772
4773         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4774         if (!page)
4775                 return 0;
4776         return (unsigned long) page_address(page);
4777 }
4778 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4779
4780 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4781 {
4782         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4783 }
4784 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4785
4786 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4787 {
4788         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4789                 free_unref_page(page);
4790         else
4791                 __free_pages_ok(page, order);
4792 }
4793
4794 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4795 {
4796         if (put_page_testzero(page))
4797                 free_the_page(page, order);
4798 }
4799 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4800
4801 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4802 {
4803         if (addr != 0) {
4804                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4805                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4806         }
4807 }
4808
4809 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4810
4811 /*
4812  * Page Fragment:
4813  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4814  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4815  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4816  *
4817  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4818  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4819  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4820  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4821  */
4822 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4823                                              gfp_t gfp_mask)
4824 {
4825         struct page *page = NULL;
4826         gfp_t gfp = gfp_mask;
4827
4828 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4829         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4830                     __GFP_NOMEMALLOC;
4831         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4832                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4833         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4834 #endif
4835         if (unlikely(!page))
4836                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4837
4838         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4839
4840         return page;
4841 }
4842
4843 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4844 {
4845         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4846
4847         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4848                 free_the_page(page, compound_order(page));
4849 }
4850 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4851
4852 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4853                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4854 {
4855         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4856         struct page *page;
4857         int offset;
4858
4859         if (unlikely(!nc->va)) {
4860 refill:
4861                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4862                 if (!page)
4863                         return NULL;
4864
4865 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4866                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4867                 size = nc->size;
4868 #endif
4869                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4870                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4871                  */
4872                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4873
4874                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4875                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4876                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4877                 nc->offset = size;
4878         }
4879
4880         offset = nc->offset - fragsz;
4881         if (unlikely(offset < 0)) {
4882                 page = virt_to_page(nc->va);
4883
4884                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4885                         goto refill;
4886
4887 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4888                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4889                 size = nc->size;
4890 #endif
4891                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4892                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4893
4894                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4895                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4896                 offset = size - fragsz;
4897         }
4898
4899         nc->pagecnt_bias--;
4900         nc->offset = offset;
4901
4902         return nc->va + offset;
4903 }
4904 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4905
4906 /*
4907  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4908  */
4909 void page_frag_free(void *addr)
4910 {
4911         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4912
4913         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4914                 free_the_page(page, compound_order(page));
4915 }
4916 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4917
4918 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4919                 size_t size)
4920 {
4921         if (addr) {
4922                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4923                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4924
4925                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4926                 while (used < alloc_end) {
4927                         free_page(used);
4928                         used += PAGE_SIZE;
4929                 }
4930         }
4931         return (void *)addr;
4932 }
4933
4934 /**
4935  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4936  * @size: the number of bytes to allocate
4937  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4938  *
4939  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4940  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4941  * allocate memory in power-of-two pages.
4942  *
4943  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4944  *
4945  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4946  *
4947  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4948  */
4949 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4950 {
4951         unsigned int order = get_order(size);
4952         unsigned long addr;
4953
4954         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4955                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4956
4957         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4958         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4959 }
4960 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4961
4962 /**
4963  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4964  *                         pages on a node.
4965  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4966  * @size: the number of bytes to allocate
4967  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4968  *
4969  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4970  * back.
4971  *
4972  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4973  */
4974 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4975 {
4976         unsigned int order = get_order(size);
4977         struct page *p;
4978
4979         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4980                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4981
4982         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4983         if (!p)
4984                 return NULL;
4985         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4986 }
4987
4988 /**
4989  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4990  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4991  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4992  *
4993  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4994  */
4995 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4996 {
4997         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4998         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4999
5000         while (addr < end) {
5001                 free_page(addr);
5002                 addr += PAGE_SIZE;
5003         }
5004 }
5005 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5006
5007 /**
5008  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5009  * @offset: The zone index of the highest zone
5010  *
5011  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5012  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5013  * zone, the number of pages is calculated as:
5014  *
5015  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5016  *
5017  * Return: number of pages beyond high watermark.
5018  */
5019 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5020 {
5021         struct zoneref *z;
5022         struct zone *zone;
5023
5024         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5025         unsigned long sum = 0;
5026
5027         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5028
5029         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5030                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5031                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5032                 if (size > high)
5033                         sum += size - high;
5034         }
5035
5036         return sum;
5037 }
5038
5039 /**
5040  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5041  *
5042  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5043  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5044  *
5045  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5046  * ZONE_NORMAL.
5047  */
5048 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5049 {
5050         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5051 }
5052 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5053
5054 /**
5055  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
5056  *
5057  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
5058  * high watermark within all zones.
5059  *
5060  * Return: number of pages beyond high watermark within all zones.
5061  */
5062 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
5063 {
5064         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5065 }
5066
5067 static inline void show_node(struct zone *zone)
5068 {
5069         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5070                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5071 }
5072
5073 long si_mem_available(void)
5074 {
5075         long available;
5076         unsigned long pagecache;
5077         unsigned long wmark_low = 0;
5078         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5079         unsigned long reclaimable;
5080         struct zone *zone;
5081         int lru;
5082
5083         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5084                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5085
5086         for_each_zone(zone)
5087                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5088
5089         /*
5090          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5091          * without causing swapping.
5092          */
5093         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5094
5095         /*
5096          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5097          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5098          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5099          */
5100         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5101         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5102         available += pagecache;
5103
5104         /*
5105          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5106          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5107          * low watermark.
5108          */
5109         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
5110                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5111         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5112
5113         if (available < 0)
5114                 available = 0;
5115         return available;
5116 }
5117 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5118
5119 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5120 {
5121         val->totalram = totalram_pages();
5122         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5123         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5124         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5125         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5126         val->freehigh = nr_free_highpages();
5127         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5128 }
5129
5130 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5131
5132 #ifdef CONFIG_NUMA
5133 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5134 {
5135         int zone_type;          /* needs to be signed */
5136         unsigned long managed_pages = 0;
5137         unsigned long managed_highpages = 0;
5138         unsigned long free_highpages = 0;
5139         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5140
5141         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5142                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5143         val->totalram = managed_pages;
5144         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5145         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5146 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5147         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5148                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5149
5150                 if (is_highmem(zone)) {
5151                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5152                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5153                 }
5154         }
5155         val->totalhigh = managed_highpages;
5156         val->freehigh = free_highpages;
5157 #else
5158         val->totalhigh = managed_highpages;
5159         val->freehigh = free_highpages;
5160 #endif
5161         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5162 }
5163 #endif
5164
5165 /*
5166  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5167  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5168  */
5169 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5170 {
5171         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5172                 return false;
5173
5174         /*
5175          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5176          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5177          * have to be precise here.
5178          */
5179         if (!nodemask)
5180                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5181
5182         return !node_isset(nid, *nodemask);
5183 }
5184
5185 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5186
5187 static void show_migration_types(unsigned char type)
5188 {
5189         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5190                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5191                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5192                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5193                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5194 #ifdef CONFIG_CMA
5195                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5196 #endif
5197 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5198                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5199 #endif
5200         };
5201         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5202         char *p = tmp;
5203         int i;
5204
5205         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5206                 if (type & (1 << i))
5207                         *p++ = types[i];
5208         }
5209
5210         *p = '\0';
5211         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5212 }
5213
5214 /*
5215  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5216  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5217  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5218  *
5219  * Bits in @filter:
5220  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5221  *   cpuset.
5222  */
5223 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5224 {
5225         unsigned long free_pcp = 0;
5226         int cpu;
5227         struct zone *zone;
5228         pg_data_t *pgdat;
5229
5230         for_each_populated_zone(zone) {
5231                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5232                         continue;
5233
5234                 for_each_online_cpu(cpu)
5235                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5236         }
5237
5238         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5239                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5240                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
5241                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5242                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5243                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5244                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5245                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5246                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5247                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5248                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5249                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5250                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5251                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5252                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5253                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
5254                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
5255                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
5256                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5257                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5258                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5259                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5260                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5261                 free_pcp,
5262                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5263
5264         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5265                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5266                         continue;
5267
5268                 printk("Node %d"
5269                         " active_anon:%lukB"
5270                         " inactive_anon:%lukB"
5271                         " active_file:%lukB"
5272                         " inactive_file:%lukB"
5273                         " unevictable:%lukB"
5274                         " isolated(anon):%lukB"
5275                         " isolated(file):%lukB"
5276                         " mapped:%lukB"
5277                         " dirty:%lukB"
5278                         " writeback:%lukB"
5279                         " shmem:%lukB"
5280 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5281                         " shmem_thp: %lukB"
5282                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5283                         " anon_thp: %lukB"
5284 #endif
5285                         " writeback_tmp:%lukB"
5286                         " unstable:%lukB"
5287                         " all_unreclaimable? %s"
5288                         "\n",
5289                         pgdat->node_id,
5290                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5291                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5292                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5293                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5294                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5295                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5296                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5297                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5298                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5299                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5300                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5301 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5302                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5303                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5304                                         * HPAGE_PMD_NR),
5305                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5306 #endif
5307                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5308                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
5309                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5310                                 "yes" : "no");
5311         }
5312
5313         for_each_populated_zone(zone) {
5314                 int i;
5315
5316                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5317                         continue;
5318
5319                 free_pcp = 0;
5320                 for_each_online_cpu(cpu)
5321                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5322
5323                 show_node(zone);
5324                 printk(KERN_CONT
5325                         "%s"
5326                         " free:%lukB"
5327                         " min:%lukB"
5328                         " low:%lukB"
5329                         " high:%lukB"
5330                         " reserved_highatomic:%luKB"
5331                         " active_anon:%lukB"
5332                         " inactive_anon:%lukB"
5333                         " active_file:%lukB"
5334                         " inactive_file:%lukB"
5335                         " unevictable:%lukB"
5336                         " writepending:%lukB"
5337                         " present:%lukB"
5338                         " managed:%lukB"
5339                         " mlocked:%lukB"
5340                         " kernel_stack:%lukB"
5341                         " pagetables:%lukB"
5342                         " bounce:%lukB"
5343                         " free_pcp:%lukB"
5344                         " local_pcp:%ukB"
5345                         " free_cma:%lukB"
5346                         "\n",
5347                         zone->name,
5348                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5349                         K(min_wmark_pages(zone)),
5350                         K(low_wmark_pages(zone)),
5351                         K(high_wmark_pages(zone)),
5352                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5353                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5354                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5355                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5356                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5357                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5358                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5359                         K(zone->present_pages),
5360                         K(zone_managed_pages(zone)),
5361                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5362                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5363                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5364                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5365                         K(free_pcp),
5366                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5367                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5368                 printk("lowmem_reserve[]:");
5369                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5370                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5371                 printk(KERN_CONT "\n");
5372         }
5373
5374         for_each_populated_zone(zone) {
5375                 unsigned int order;
5376                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5377                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5378
5379                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5380                         continue;
5381                 show_node(zone);
5382                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5383
5384                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5385                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5386                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5387                         int type;
5388
5389                         nr[order] = area->nr_free;
5390                         total += nr[order] << order;
5391
5392                         types[order] = 0;
5393                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5394                                 if (!free_area_empty(area, type))
5395                                         types[order] |= 1 << type;
5396                         }
5397                 }
5398                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5399                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5400                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5401                                nr[order], K(1UL) << order);
5402                         if (nr[order])
5403                                 show_migration_types(types[order]);
5404                 }
5405                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5406         }
5407
5408         hugetlb_show_meminfo();
5409
5410         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5411
5412         show_swap_cache_info();
5413 }
5414
5415 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5416 {
5417         zoneref->zone = zone;
5418         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5419 }
5420
5421 /*
5422  * Builds allocation fallback zone lists.
5423  *
5424  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5425  */
5426 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5427 {
5428         struct zone *zone;
5429         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5430         int nr_zones = 0;
5431
5432         do {
5433                 zone_type--;
5434                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5435                 if (managed_zone(zone)) {
5436                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5437                         check_highest_zone(zone_type);
5438                 }
5439         } while (zone_type);
5440
5441         return nr_zones;
5442 }
5443
5444 #ifdef CONFIG_NUMA
5445
5446 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5447 {
5448         /*
5449          * We used to support different zonlists modes but they turned
5450          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5451          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5452          * not fail it silently
5453          */
5454         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5455                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5456                 return -EINVAL;
5457         }
5458         return 0;
5459 }
5460
5461 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5462 {
5463         if (!s)
5464                 return 0;
5465
5466         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5467 }
5468 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5469
5470 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5471
5472 /*
5473  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5474  */
5475 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5476                 void __user *buffer, size_t *length,
5477                 loff_t *ppos)
5478 {
5479         char *str;
5480         int ret;
5481
5482         if (!write)
5483                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5484         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5485         if (IS_ERR(str))
5486                 return PTR_ERR(str);
5487
5488         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5489         kfree(str);
5490         return ret;
5491 }
5492
5493
5494 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5495 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5496
5497 /**
5498  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5499  * @node: node whose fallback list we're appending
5500  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5501  *
5502  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5503  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5504  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5505  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5506  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5507  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5508  * on them otherwise.
5509  *
5510  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5511  */
5512 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5513 {
5514         int n, val;
5515         int min_val = INT_MAX;
5516         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5517         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5518
5519         /* Use the local node if we haven't already */
5520         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5521                 node_set(node, *used_node_mask);
5522                 return node;
5523         }
5524
5525         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5526
5527                 /* Don't want a node to appear more than once */
5528                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5529                         continue;
5530
5531                 /* Use the distance array to find the distance */
5532                 val = node_distance(node, n);
5533
5534                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5535                 val += (n < node);
5536
5537                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5538                 tmp = cpumask_of_node(n);
5539                 if (!cpumask_empty(tmp))
5540                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5541
5542                 /* Slight preference for less loaded node */
5543                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5544                 val += node_load[n];
5545
5546                 if (val < min_val) {
5547                         min_val = val;
5548                         best_node = n;
5549                 }
5550         }
5551
5552         if (best_node >= 0)
5553                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5554
5555         return best_node;
5556 }
5557
5558
5559 /*
5560  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5561  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5562  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5563  */
5564 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5565                 unsigned nr_nodes)
5566 {
5567         struct zoneref *zonerefs;
5568         int i;
5569
5570         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5571
5572         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5573                 int nr_zones;
5574
5575                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5576
5577                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5578                 zonerefs += nr_zones;
5579         }
5580         zonerefs->zone = NULL;
5581         zonerefs->zone_idx = 0;
5582 }
5583
5584 /*
5585  * Build gfp_thisnode zonelists
5586  */
5587 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5588 {
5589         struct zoneref *zonerefs;
5590         int nr_zones;
5591
5592         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5593         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5594         zonerefs += nr_zones;
5595         zonerefs->zone = NULL;
5596         zonerefs->zone_idx = 0;
5597 }
5598
5599 /*
5600  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5601  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5602  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5603  * may still exist in local DMA zone.
5604  */
5605
5606 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5607 {
5608         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5609         int node, load, nr_nodes = 0;
5610         nodemask_t used_mask;
5611         int local_node, prev_node;
5612
5613         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5614         local_node = pgdat->node_id;
5615         load = nr_online_nodes;
5616         prev_node = local_node;
5617         nodes_clear(used_mask);
5618
5619         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5620         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5621                 /*
5622                  * We don't want to pressure a particular node.
5623                  * So adding penalty to the first node in same
5624                  * distance group to make it round-robin.
5625                  */
5626                 if (node_distance(local_node, node) !=
5627                     node_distance(local_node, prev_node))
5628                         node_load[node] = load;
5629
5630                 node_order[nr_nodes++] = node;
5631                 prev_node = node;
5632                 load--;
5633         }
5634
5635         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5636         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5637 }
5638
5639 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5640 /*
5641  * Return node id of node used for "local" allocations.
5642  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5643  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5644  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5645  */
5646 int local_memory_node(int node)
5647 {
5648         struct zoneref *z;
5649
5650         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5651                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5652                                    NULL);
5653         return zone_to_nid(z->zone);
5654 }
5655 #endif
5656
5657 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5658 static void setup_min_slab_ratio(void);
5659 #else   /* CONFIG_NUMA */
5660
5661 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5662 {
5663         int node, local_node;
5664         struct zoneref *zonerefs;
5665         int nr_zones;
5666
5667         local_node = pgdat->node_id;
5668
5669         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5670         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5671         zonerefs += nr_zones;
5672
5673         /*
5674          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5675          * of all the other nodes.
5676          * We don't want to pressure a particular node, so when
5677          * building the zones for node N, we make sure that the
5678          * zones coming right after the local ones are those from
5679          * node N+1 (modulo N)
5680          */
5681         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5682                 if (!node_online(node))
5683                         continue;
5684                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5685                 zonerefs += nr_zones;
5686         }
5687         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5688                 if (!node_online(node))
5689                         continue;
5690                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5691                 zonerefs += nr_zones;
5692         }
5693
5694         zonerefs->zone = NULL;
5695         zonerefs->zone_idx = 0;
5696 }
5697
5698 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5699
5700 /*
5701  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5702  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5703  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5704  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5705  * with interrupts disabled.
5706  *
5707  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5708  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5709  * hotplugged processors.
5710  *
5711  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5712  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5713  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5714  */
5715 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5716 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5717 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5718
5719 static void __build_all_zonelists(void *data)
5720 {
5721         int nid;
5722         int __maybe_unused cpu;
5723         pg_data_t *self = data;
5724         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5725
5726         spin_lock(&lock);
5727
5728 #ifdef CONFIG_NUMA
5729         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5730 #endif
5731
5732         /*
5733          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5734          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5735          */
5736         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5737                 build_zonelists(self);
5738         } else {
5739                 for_each_online_node(nid) {
5740                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5741
5742                         build_zonelists(pgdat);
5743                 }
5744
5745 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5746                 /*
5747                  * We now know the "local memory node" for each node--
5748                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5749                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5750                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5751                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5752                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5753                  */
5754                 for_each_online_cpu(cpu)
5755                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5756 #endif
5757         }
5758
5759         spin_unlock(&lock);
5760 }
5761
5762 static noinline void __init
5763 build_all_zonelists_init(void)
5764 {
5765         int cpu;
5766
5767         __build_all_zonelists(NULL);
5768
5769         /*
5770          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5771          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5772          * each zone will be allocated later when the per cpu
5773          * allocator is available.
5774          *
5775          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5776          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5777          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5778          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5779          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5780          * (a chicken-egg dilemma).
5781          */
5782         for_each_possible_cpu(cpu)
5783                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5784
5785         mminit_verify_zonelist();
5786         cpuset_init_current_mems_allowed();
5787 }
5788
5789 /*
5790  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5791  *
5792  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5793  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5794  */
5795 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5796 {
5797         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5798                 build_all_zonelists_init();
5799         } else {
5800                 __build_all_zonelists(pgdat);
5801                 /* cpuset refresh routine should be here */
5802         }
5803         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5804         /*
5805          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5806          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5807          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5808          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5809          * disabled and enable it later
5810          */
5811         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5812                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5813         else
5814                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5815
5816         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5817                 nr_online_nodes,
5818                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5819                 vm_total_pages);
5820 #ifdef CONFIG_NUMA
5821         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5822 #endif
5823 }
5824
5825 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5826 static bool __meminit
5827 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5828 {
5829 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5830         static struct memblock_region *r;
5831
5832         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5833                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5834                         for_each_memblock(memory, r) {
5835                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5836                                         break;
5837                         }
5838                 }
5839                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5840                     memblock_is_mirror(r)) {
5841                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5842                         return true;
5843                 }
5844         }
5845 #endif
5846         return false;
5847 }
5848
5849 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
5850 /* Skip PFNs that belong to non-present sections */
5851 static inline __meminit unsigned long next_pfn(unsigned long pfn)
5852 {
5853         const unsigned long section_nr = pfn_to_section_nr(++pfn);
5854
5855         if (present_section_nr(section_nr))
5856                 return pfn;
5857         return section_nr_to_pfn(next_present_section_nr(section_nr));
5858 }
5859 #else
5860 static inline __meminit unsigned long next_pfn(unsigned long pfn)
5861 {
5862         return pfn++;
5863 }
5864 #endif
5865
5866 /*
5867  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5868  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5869  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5870  */
5871 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5872                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5873                 struct vmem_altmap *altmap)
5874 {
5875         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5876         struct page *page;
5877
5878         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5879                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5880
5881 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5882         /*
5883          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5884          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5885          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5886          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5887          * the hotplug lock.
5888          */
5889         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5890                 if (!altmap)
5891                         return;
5892
5893                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5894                         start_pfn += altmap->reserve;
5895                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5896         }
5897 #endif
5898
5899         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
5900                 /*
5901                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5902                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5903                  */
5904                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5905                         if (!early_pfn_valid(pfn)) {
5906                                 pfn = next_pfn(pfn);
5907                                 continue;
5908                         }
5909                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid)) {
5910                                 pfn++;
5911                                 continue;
5912                         }
5913                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
5914                                 continue;
5915                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
5916                                 break;
5917                 }
5918
5919                 page = pfn_to_page(pfn);
5920                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5921                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5922                         __SetPageReserved(page);
5923
5924                 /*
5925                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5926                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5927                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5928                  * the address space during boot when many long-lived
5929                  * kernel allocations are made.
5930                  *
5931                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5932                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5933                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5934                  * pfn out of zone.
5935                  */
5936                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5937                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5938                         cond_resched();
5939                 }
5940                 pfn++;
5941         }
5942 }
5943
5944 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5945 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
5946                                    unsigned long start_pfn,
5947                                    unsigned long nr_pages,
5948                                    struct dev_pagemap *pgmap)
5949 {
5950         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
5951         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5952         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
5953         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
5954         unsigned long start = jiffies;
5955         int nid = pgdat->node_id;
5956
5957         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
5958                 return;
5959
5960         /*
5961          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
5962          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
5963          * the end of that region and start processing the device pages.
5964          */
5965         if (altmap) {
5966                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5967                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
5968         }
5969
5970         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5971                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5972
5973                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
5974
5975                 /*
5976                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
5977                  * phase for it to be fully associated with a zone.
5978                  *
5979                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
5980                  * the flag as we are still initializing the pages.
5981                  */
5982                 __SetPageReserved(page);
5983
5984                 /*
5985                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
5986                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
5987                  * ever freed or placed on a driver-private list.
5988                  */
5989                 page->pgmap = pgmap;
5990                 page->zone_device_data = NULL;
5991
5992                 /*
5993                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5994                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5995                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5996                  * the address space during boot when many long-lived
5997                  * kernel allocations are made.
5998                  *
5999                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6000                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6001                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6002                  * pfn out of zone.
6003                  *
6004                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6005                  * because this is done early in section_activate()
6006                  */
6007                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6008                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6009                         cond_resched();
6010                 }
6011         }
6012
6013         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6014                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6015 }
6016
6017 #endif
6018 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6019 {
6020         unsigned int order, t;
6021         for_each_migratetype_order(order, t) {
6022                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6023                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6024         }
6025 }
6026
6027 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6028                                   unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
6029 {
6030         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, MEMMAP_EARLY, NULL);
6031 }
6032
6033 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6034 {
6035 #ifdef CONFIG_MMU
6036         int batch;
6037
6038         /*
6039          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6040          * size of the zone.
6041          */
6042         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6043         /* But no more than a meg. */
6044         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6045                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6046         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6047         if (batch < 1)
6048                 batch = 1;
6049
6050         /*
6051          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6052          * of 2 value was found to be more likely to have
6053          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6054          *
6055          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6056          * batches of pages, one task can end up with a lot
6057          * of pages of one half of the possible page colors
6058          * and the other with pages of the other colors.
6059          */
6060         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6061
6062         return batch;
6063
6064 #else
6065         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6066          * conditions.
6067          *
6068          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6069          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6070          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6071          *
6072          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6073          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6074          * can be a significant delay between the individual batches being
6075          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6076          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6077          */
6078         return 0;
6079 #endif
6080 }
6081
6082 /*
6083  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6084  * ->batch must never be higher then ->high.
6085  * The following function updates them in a safe manner without read side
6086  * locking.
6087  *
6088  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6089  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
6090  *
6091  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6092  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6093  * exist).
6094  */
6095 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6096                 unsigned long batch)
6097 {
6098        /* start with a fail safe value for batch */
6099         pcp->batch = 1;
6100         smp_wmb();
6101
6102        /* Update high, then batch, in order */
6103         pcp->high = high;
6104         smp_wmb();
6105
6106         pcp->batch = batch;
6107 }
6108
6109 /* a companion to pageset_set_high() */
6110 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6111 {
6112         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6113 }
6114
6115 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6116 {
6117         struct per_cpu_pages *pcp;
6118         int migratetype;
6119
6120         memset(p, 0, sizeof(*p));
6121
6122         pcp = &p->pcp;
6123         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6124                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6125 }
6126
6127 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6128 {
6129         pageset_init(p);
6130         pageset_set_batch(p, batch);
6131 }
6132
6133 /*
6134  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6135  * to the value high for the pageset p.
6136  */
6137 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6138                                 unsigned long high)
6139 {
6140         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6141         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6142                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6143
6144         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6145 }
6146
6147 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6148                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6149 {
6150         if (percpu_pagelist_fraction)
6151                 pageset_set_high(pcp,
6152                         (zone_managed_pages(zone) /
6153                                 percpu_pagelist_fraction));
6154         else
6155                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6156 }
6157
6158 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6159 {
6160         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6161
6162         pageset_init(pcp);
6163         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6164 }
6165
6166 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6167 {
6168         int cpu;
6169         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6170         for_each_possible_cpu(cpu)
6171                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6172 }
6173
6174 /*
6175  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6176  * Before this call only boot pagesets were available.
6177  */
6178 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6179 {
6180         struct pglist_data *pgdat;
6181         struct zone *zone;
6182
6183         for_each_populated_zone(zone)
6184                 setup_zone_pageset(zone);
6185
6186         for_each_online_pgdat(pgdat)
6187                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6188                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6189 }
6190
6191 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6192 {
6193         /*
6194          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6195          * relies on the ability of the linker to provide the
6196          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6197          */
6198         zone->pageset = &boot_pageset;
6199
6200         if (populated_zone(zone))
6201                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6202                         zone->name, zone->present_pages,
6203                                          zone_batchsize(zone));
6204 }
6205
6206 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6207                                         unsigned long zone_start_pfn,
6208                                         unsigned long size)
6209 {
6210         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6211         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6212
6213         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6214                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6215
6216         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6217
6218         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6219                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6220                         pgdat->node_id,
6221                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6222                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6223
6224         zone_init_free_lists(zone);
6225         zone->initialized = 1;
6226 }
6227
6228 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6229 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
6230
6231 /*
6232  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
6233  */
6234 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
6235                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
6236 {
6237         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6238         int nid;
6239
6240         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
6241                 return state->last_nid;
6242
6243         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
6244         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
6245                 state->last_start = start_pfn;
6246                 state->last_end = end_pfn;
6247                 state->last_nid = nid;
6248         }
6249
6250         return nid;
6251 }
6252 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
6253
6254 /**
6255  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
6256  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
6257  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
6258  *
6259  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
6260  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
6261  * memblock_free_early_nid() manually.
6262  */
6263 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
6264 {
6265         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6266         int i, this_nid;
6267
6268         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
6269                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
6270                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
6271
6272                 if (start_pfn < end_pfn)
6273                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
6274                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
6275                                         this_nid);
6276         }
6277 }
6278
6279 /**
6280  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
6281  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
6282  *
6283  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
6284  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
6285  */
6286 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
6287 {
6288         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6289         int i, this_nid;
6290
6291         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
6292                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
6293 }
6294
6295 /**
6296  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6297  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6298  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6299  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6300  *
6301  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6302  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6303  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6304  * PFNs will be 0.
6305  */
6306 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6307                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6308 {
6309         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6310         int i;
6311
6312         *start_pfn = -1UL;
6313         *end_pfn = 0;
6314
6315         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6316                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6317                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6318         }
6319
6320         if (*start_pfn == -1UL)
6321                 *start_pfn = 0;
6322 }
6323
6324 /*
6325  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6326  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6327  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6328  */
6329 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6330 {
6331         int zone_index;
6332         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6333                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6334                         continue;
6335
6336                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6337                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6338                         break;
6339         }
6340
6341         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6342         movable_zone = zone_index;
6343 }
6344
6345 /*
6346  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6347  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6348  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6349  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6350  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6351  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6352  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6353  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6354  */
6355 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6356                                         unsigned long zone_type,
6357                                         unsigned long node_start_pfn,
6358                                         unsigned long node_end_pfn,
6359                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6360                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6361 {
6362         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6363         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6364                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6365                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6366                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6367                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6368                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6369
6370                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6371                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6372                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6373                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6374                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6375
6376                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6377                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6378                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6379         }
6380 }
6381
6382 /*
6383  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6384  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6385  */
6386 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6387                                         unsigned long zone_type,
6388                                         unsigned long node_start_pfn,
6389                                         unsigned long node_end_pfn,
6390                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6391                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6392                                         unsigned long *ignored)
6393 {
6394         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6395         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6396         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6397         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6398                 return 0;
6399
6400         /* Get the start and end of the zone */
6401         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6402         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6403         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6404                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6405                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6406
6407         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6408         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6409                 return 0;
6410
6411         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6412         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6413         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6414
6415         /* Return the spanned pages */
6416         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6417 }
6418
6419 /*
6420  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6421  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6422  */
6423 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6424                                 unsigned long range_start_pfn,
6425                                 unsigned long range_end_pfn)
6426 {
6427         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6428         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6429         int i;
6430
6431         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6432                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6433                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6434                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6435         }
6436         return nr_absent;
6437 }
6438
6439 /**
6440  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6441  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6442  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6443  *
6444  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6445  */
6446 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6447                                                         unsigned long end_pfn)
6448 {
6449         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6450 }
6451
6452 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6453 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6454                                         unsigned long zone_type,
6455                                         unsigned long node_start_pfn,
6456                                         unsigned long node_end_pfn,
6457                                         unsigned long *ignored)
6458 {
6459         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6460         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6461         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6462         unsigned long nr_absent;
6463
6464         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6465         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6466                 return 0;
6467
6468         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6469         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6470
6471         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6472                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6473                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6474         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6475
6476         /*
6477          * ZONE_MOVABLE handling.
6478          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6479          * and vice versa.
6480          */
6481         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6482                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6483                 struct memblock_region *r;
6484
6485                 for_each_memblock(memory, r) {
6486                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6487                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6488                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6489                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6490
6491                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6492                             memblock_is_mirror(r))
6493                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6494
6495                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6496                             !memblock_is_mirror(r))
6497                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6498                 }
6499         }
6500
6501         return nr_absent;
6502 }
6503
6504 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6505 static inline unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6506                                         unsigned long zone_type,
6507                                         unsigned long node_start_pfn,
6508                                         unsigned long node_end_pfn,
6509                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6510                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6511                                         unsigned long *zones_size)
6512 {
6513         unsigned int zone;
6514
6515         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6516         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6517                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6518
6519         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6520
6521         return zones_size[zone_type];
6522 }
6523
6524 static inline unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6525                                                 unsigned long zone_type,
6526                                                 unsigned long node_start_pfn,
6527                                                 unsigned long node_end_pfn,
6528                                                 unsigned long *zholes_size)
6529 {
6530         if (!zholes_size)
6531                 return 0;
6532
6533         return zholes_size[zone_type];
6534 }
6535
6536 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6537
6538 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6539                                                 unsigned long node_start_pfn,
6540                                                 unsigned long node_end_pfn,
6541                                                 unsigned long *zones_size,
6542                                                 unsigned long *zholes_size)
6543 {
6544         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6545         enum zone_type i;
6546
6547         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6548                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6549                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6550                 unsigned long size, real_size;
6551
6552                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6553                                                   node_start_pfn,
6554                                                   node_end_pfn,
6555                                                   &zone_start_pfn,
6556                                                   &zone_end_pfn,
6557                                                   zones_size);
6558                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6559                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6560                                                   zholes_size);
6561                 if (size)
6562                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6563                 else
6564                         zone->zone_start_pfn = 0;
6565                 zone->spanned_pages = size;
6566                 zone->present_pages = real_size;
6567
6568                 totalpages += size;
6569                 realtotalpages += real_size;
6570         }
6571
6572         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6573         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6574         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6575                                                         realtotalpages);
6576 }
6577
6578 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6579 /*
6580  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6581  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6582  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6583  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6584  * bytes.
6585  */
6586 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6587 {
6588         unsigned long usemapsize;
6589
6590         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6591         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6592         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6593         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6594         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6595
6596         return usemapsize / 8;
6597 }
6598
6599 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6600                                 struct zone *zone,
6601                                 unsigned long zone_start_pfn,
6602                                 unsigned long zonesize)
6603 {
6604         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6605         zone->pageblock_flags = NULL;
6606         if (usemapsize) {
6607                 zone->pageblock_flags =
6608                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6609                                             pgdat->node_id);
6610                 if (!zone->pageblock_flags)
6611                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6612                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6613         }
6614 }
6615 #else
6616 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6617                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6618 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6619
6620 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6621
6622 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6623 void __init set_pageblock_order(void)
6624 {
6625         unsigned int order;
6626
6627         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6628         if (pageblock_order)
6629                 return;
6630
6631         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6632                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6633         else
6634                 order = MAX_ORDER - 1;
6635
6636         /*
6637          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6638          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6639          * powerpc.
6640          */
6641         pageblock_order = order;
6642 }
6643 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6644
6645 /*
6646  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6647  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6648  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6649  * the kernel config
6650  */
6651 void __init set_pageblock_order(void)
6652 {
6653 }
6654
6655 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6656
6657 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6658                                                 unsigned long present_pages)
6659 {
6660         unsigned long pages = spanned_pages;
6661
6662         /*
6663          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6664          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6665          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6666          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6667          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6668          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6669          */
6670         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6671             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6672                 pages = present_pages;
6673
6674         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6675 }
6676
6677 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6678 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6679 {
6680         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6681
6682         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6683         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6684         ds_queue->split_queue_len = 0;
6685 }
6686 #else
6687 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6688 #endif
6689
6690 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6691 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6692 {
6693         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6694 }
6695 #else
6696 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6697 #endif
6698
6699 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6700 {
6701         pgdat_resize_init(pgdat);
6702
6703         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6704         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6705
6706         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6707         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6708
6709         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6710         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6711         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
6712 }
6713
6714 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6715                                                         unsigned long remaining_pages)
6716 {
6717         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6718         zone_set_nid(zone, nid);
6719         zone->name = zone_names[idx];
6720         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6721         spin_lock_init(&zone->lock);
6722         zone_seqlock_init(zone);
6723         zone_pcp_init(zone);
6724 }
6725
6726 /*
6727  * Set up the zone data structures
6728  * - init pgdat internals
6729  * - init all zones belonging to this node
6730  *
6731  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6732  */
6733 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6734 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6735 {
6736         enum zone_type z;
6737         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6738
6739         pgdat_init_internals(pgdat);
6740         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6741                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6742 }
6743 #endif
6744
6745 /*
6746  * Set up the zone data structures:
6747  *   - mark all pages reserved
6748  *   - mark all memory queues empty
6749  *   - clear the memory bitmaps
6750  *
6751  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6752  * NOTE: this function is only called during early init.
6753  */
6754 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6755 {
6756         enum zone_type j;
6757         int nid = pgdat->node_id;
6758
6759         pgdat_init_internals(pgdat);
6760         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6761
6762         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6763                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6764                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6765                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6766
6767                 size = zone->spanned_pages;
6768                 freesize = zone->present_pages;
6769
6770                 /*
6771                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6772                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6773                  * and per-cpu initialisations
6774                  */
6775                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6776                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6777                         if (freesize >= memmap_pages) {
6778                                 freesize -= memmap_pages;
6779                                 if (memmap_pages)
6780                                         printk(KERN_DEBUG
6781                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6782                                                zone_names[j], memmap_pages);
6783                         } else
6784                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6785                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6786                 }
6787
6788                 /* Account for reserved pages */
6789                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6790                         freesize -= dma_reserve;
6791                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6792                                         zone_names[0], dma_reserve);
6793                 }
6794
6795                 if (!is_highmem_idx(j))
6796                         nr_kernel_pages += freesize;
6797                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6798                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6799                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6800                 nr_all_pages += freesize;
6801
6802                 /*
6803                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6804                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6805                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6806                  */
6807                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6808
6809                 if (!size)
6810                         continue;
6811
6812                 set_pageblock_order();
6813                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6814                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6815                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6816         }
6817 }
6818
6819 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6820 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6821 {
6822         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6823         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6824
6825         /* Skip empty nodes */
6826         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6827                 return;
6828
6829         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6830         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6831         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6832         if (!pgdat->node_mem_map) {
6833                 unsigned long size, end;
6834                 struct page *map;
6835
6836                 /*
6837                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6838                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6839                  * for the buddy allocator to function correctly.
6840                  */
6841                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6842                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6843                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6844                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6845                                           pgdat->node_id);
6846                 if (!map)
6847                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6848                               size, pgdat->node_id);
6849                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6850         }
6851         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6852                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6853                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6854 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6855         /*
6856          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6857          */
6858         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6859                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6860 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6861                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6862                         mem_map -= offset;
6863 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6864         }
6865 #endif
6866 }
6867 #else
6868 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6869 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6870
6871 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6872 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6873 {
6874         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6875 }
6876 #else
6877 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6878 #endif
6879
6880 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6881                                    unsigned long node_start_pfn,
6882                                    unsigned long *zholes_size)
6883 {
6884         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6885         unsigned long start_pfn = 0;
6886         unsigned long end_pfn = 0;
6887
6888         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6889         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6890
6891         pgdat->node_id = nid;
6892         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6893         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6894 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6895         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6896         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6897                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6898                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6899 #else
6900         start_pfn = node_start_pfn;
6901 #endif
6902         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6903                                   zones_size, zholes_size);
6904
6905         alloc_node_mem_map(pgdat);
6906         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6907
6908         free_area_init_core(pgdat);
6909 }
6910
6911 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6912 /*
6913  * Initialize all valid struct pages in the range [spfn, epfn) and mark them
6914  * PageReserved(). Return the number of struct pages that were initialized.
6915  */
6916 static u64 __init init_unavailable_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6917 {
6918         unsigned long pfn;
6919         u64 pgcnt = 0;
6920
6921         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6922                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6923                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6924                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6925                         continue;
6926                 }
6927                 /*
6928                  * Use a fake node/zone (0) for now. Some of these pages
6929                  * (in memblock.reserved but not in memblock.memory) will
6930                  * get re-initialized via reserve_bootmem_region() later.
6931                  */
6932                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, 0, 0);
6933                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6934                 pgcnt++;
6935         }
6936
6937         return pgcnt;
6938 }
6939
6940 /*
6941  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6942  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6943  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6944  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6945  * flags). We must explicitly initialize those struct pages.
6946  *
6947  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6948  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6949  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6950  * layout is manually configured via memmap=, or when the highest physical
6951  * address (max_pfn) does not end on a section boundary.
6952  */
6953 static void __init init_unavailable_mem(void)
6954 {
6955         phys_addr_t start, end;
6956         u64 i, pgcnt;
6957         phys_addr_t next = 0;
6958
6959         /*
6960          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6961          */
6962         pgcnt = 0;
6963         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6964                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6965                 if (next < start)
6966                         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
6967                                                         PFN_UP(start));
6968                 next = end;
6969         }
6970
6971         /*
6972          * Early sections always have a fully populated memmap for the whole
6973          * section - see pfn_valid(). If the last section has holes at the
6974          * end and that section is marked "online", the memmap will be
6975          * considered initialized. Make sure that memmap has a well defined
6976          * state.
6977          */
6978         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
6979                                         round_up(max_pfn, PAGES_PER_SECTION));
6980
6981         /*
6982          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6983          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6984          */
6985         if (pgcnt)
6986                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
6987 }
6988 #else
6989 static inline void __init init_unavailable_mem(void)
6990 {
6991 }
6992 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6993
6994 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6995
6996 #if MAX_NUMNODES > 1
6997 /*
6998  * Figure out the number of possible node ids.
6999  */
7000 void __init setup_nr_node_ids(void)
7001 {
7002         unsigned int highest;
7003
7004         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7005         nr_node_ids = highest + 1;
7006 }
7007 #endif
7008
7009 /**
7010  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7011  *
7012  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7013  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7014  * all the nodes.
7015  *
7016  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7017  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7018  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7019  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7020  *
7021  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7022  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7023  * populated node map.
7024  *
7025  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7026  * requirement (single node).
7027  */
7028 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7029 {
7030         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7031         unsigned long start, end, mask;
7032         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7033         int i, nid;
7034
7035         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7036                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7037                         last_nid = nid;
7038                         last_end = end;
7039                         continue;
7040                 }
7041
7042                 /*
7043                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7044                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7045                  * too coarse to separate the current node from the last.
7046                  */
7047                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7048                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7049                         mask <<= 1;
7050
7051                 /* accumulate all internode masks */
7052                 accl_mask |= mask;
7053         }
7054
7055         /* convert mask to number of pages */
7056         return ~accl_mask + 1;
7057 }
7058
7059 /* Find the lowest pfn for a node */
7060 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
7061 {
7062         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
7063         unsigned long start_pfn;
7064         int i;
7065
7066         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
7067                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
7068
7069         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
7070                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
7071                 return 0;
7072         }
7073
7074         return min_pfn;
7075 }
7076
7077 /**
7078  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7079  *
7080  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7081  * memblock_set_node().
7082  */
7083 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7084 {
7085         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
7086 }
7087
7088 /*
7089  * early_calculate_totalpages()
7090  * Sum pages in active regions for movable zone.
7091  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7092  */
7093 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7094 {
7095         unsigned long totalpages = 0;
7096         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7097         int i, nid;
7098
7099         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7100                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7101
7102                 totalpages += pages;
7103                 if (pages)
7104                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7105         }
7106         return totalpages;
7107 }
7108
7109 /*
7110  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7111  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7112  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7113  * others
7114  */
7115 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7116 {
7117         int i, nid;
7118         unsigned long usable_startpfn;
7119         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7120         /* save the state before borrow the nodemask */
7121         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7122         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7123         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7124         struct memblock_region *r;
7125
7126         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7127         find_usable_zone_for_movable();
7128
7129         /*
7130          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7131          * options.
7132          */
7133         if (movable_node_is_enabled()) {
7134                 for_each_memblock(memory, r) {
7135                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7136                                 continue;
7137
7138                         nid = r->nid;
7139
7140                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7141                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7142                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7143                                 usable_startpfn;
7144                 }
7145
7146                 goto out2;
7147         }
7148
7149         /*
7150          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7151          */
7152         if (mirrored_kernelcore) {
7153                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7154
7155                 for_each_memblock(memory, r) {
7156                         if (memblock_is_mirror(r))
7157                                 continue;
7158
7159                         nid = r->nid;
7160
7161                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7162
7163                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7164                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7165                                 continue;
7166                         }
7167
7168                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7169                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7170                                 usable_startpfn;
7171                 }
7172
7173                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7174                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
7175
7176                 goto out2;
7177         }
7178
7179         /*
7180          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7181          * amount of necessary memory.
7182          */
7183         if (required_kernelcore_percent)
7184                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7185                                        10000UL;
7186         if (required_movablecore_percent)
7187                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7188                                         10000UL;
7189
7190         /*
7191          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7192          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7193          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7194          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7195          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7196          * what movablecore would have allowed.
7197          */
7198         if (required_movablecore) {
7199                 unsigned long corepages;
7200
7201                 /*
7202                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7203                  * was requested by the user
7204                  */
7205                 required_movablecore =
7206                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7207                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7208                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7209
7210                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7211         }
7212
7213         /*
7214          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7215          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7216          */
7217         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7218                 goto out;
7219
7220         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7221         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7222
7223 restart:
7224         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7225         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7226         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7227                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7228
7229                 /*
7230                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7231                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7232                  * amount of memory for the kernel
7233                  */
7234                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7235                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7236
7237                 /*
7238                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7239                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7240                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7241                  */
7242                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7243
7244                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7245                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7246                         unsigned long size_pages;
7247
7248                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7249                         if (start_pfn >= end_pfn)
7250                                 continue;
7251
7252                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7253                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7254                                 unsigned long kernel_pages;
7255                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7256                                                                 - start_pfn;
7257
7258                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7259                                                         kernelcore_remaining);
7260                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7261                                                         required_kernelcore);
7262
7263                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7264                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7265
7266                                         /*
7267                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7268                                          * that if we have to rebalance
7269                                          * kernelcore across nodes, we will
7270                                          * not double account here
7271                                          */
7272                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7273                                         continue;
7274                                 }
7275                                 start_pfn = usable_startpfn;
7276                         }
7277
7278                         /*
7279                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7280                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7281                          * number of pages used as kernelcore
7282                          */
7283                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7284                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7285                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7286                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7287
7288                         /*
7289                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7290                          * break if the kernelcore for this node has been
7291                          * satisfied
7292                          */
7293                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7294                                                                 size_pages);
7295                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7296                         if (!kernelcore_remaining)
7297                                 break;
7298                 }
7299         }
7300
7301         /*
7302          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7303          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7304          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7305          * satisfied
7306          */
7307         usable_nodes--;
7308         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7309                 goto restart;
7310
7311 out2:
7312         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7313         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7314                 zone_movable_pfn[nid] =
7315                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7316
7317 out:
7318         /* restore the node_state */
7319         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7320 }
7321
7322 /* Any regular or high memory on that node ? */
7323 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7324 {
7325         enum zone_type zone_type;
7326
7327         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7328                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7329                 if (populated_zone(zone)) {
7330                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7331                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7332                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7333                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7334                         break;
7335                 }
7336         }
7337 }
7338
7339 /**
7340  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
7341  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7342  *
7343  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7344  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7345  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7346  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7347  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7348  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7349  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7350  * at arch_max_dma_pfn.
7351  */
7352 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
7353 {
7354         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7355         int i, nid;
7356
7357         /* Record where the zone boundaries are */
7358         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7359                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7360         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7361                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7362
7363         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7364
7365         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7366                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7367                         continue;
7368
7369                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
7370                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
7371                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
7372
7373                 start_pfn = end_pfn;
7374         }
7375
7376         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7377         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7378         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7379
7380         /* Print out the zone ranges */
7381         pr_info("Zone ranges:\n");
7382         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7383                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7384                         continue;
7385                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7386                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7387                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7388                         pr_cont("empty\n");
7389                 else
7390                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7391                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7392                                         << PAGE_SHIFT,
7393                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7394                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7395         }
7396
7397         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7398         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7399         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7400                 if (zone_movable_pfn[i])
7401                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7402                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7403         }
7404
7405         /*
7406          * Print out the early node map, and initialize the
7407          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7408          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7409          */
7410         pr_info("Early memory node ranges\n");
7411         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7412                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7413                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7414                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7415                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7416         }
7417
7418         /* Initialise every node */
7419         mminit_verify_pageflags_layout();
7420         setup_nr_node_ids();
7421         init_unavailable_mem();
7422         for_each_online_node(nid) {
7423                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7424                 free_area_init_node(nid, NULL,
7425                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
7426
7427                 /* Any memory on that node */
7428                 if (pgdat->node_present_pages)
7429                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7430                 check_for_memory(pgdat, nid);
7431         }
7432 }
7433
7434 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7435                                      unsigned long *percent)
7436 {
7437         unsigned long long coremem;
7438         char *endptr;
7439
7440         if (!p)
7441                 return -EINVAL;
7442
7443         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7444         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7445         if (*endptr == '%') {
7446                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7447                 WARN_ON(coremem > 100);
7448
7449                 *percent = coremem;
7450         } else {
7451                 coremem = memparse(p, &p);
7452                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7453                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7454
7455                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7456                 *percent = 0UL;
7457         }
7458         return 0;
7459 }
7460
7461 /*
7462  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7463  * cannot be reclaimed or migrated.
7464  */
7465 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7466 {
7467         /* parse kernelcore=mirror */
7468         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7469                 mirrored_kernelcore = true;
7470                 return 0;
7471         }
7472
7473         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7474                                   &required_kernelcore_percent);
7475 }
7476
7477 /*
7478  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7479  * can be reclaimed or migrated.
7480  */
7481 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7482 {
7483         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7484                                   &required_movablecore_percent);
7485 }
7486
7487 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7488 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7489
7490 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
7491
7492 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7493 {
7494         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7495         totalram_pages_add(count);
7496 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7497         if (PageHighMem(page))
7498                 totalhigh_pages_add(count);
7499 #endif
7500 }
7501 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7502
7503 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7504 {
7505         void *pos;
7506         unsigned long pages = 0;
7507
7508         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7509         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7510         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7511                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7512                 void *direct_map_addr;
7513
7514                 /*
7515                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7516                  * because some architectures' virt_to_page()
7517                  * work with aliases.  Getting the direct map
7518                  * address ensures that we get a _writeable_
7519                  * alias for the memset().
7520                  */
7521                 direct_map_addr = page_address(page);
7522                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7523                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7524
7525                 free_reserved_page(page);
7526         }
7527
7528         if (pages && s)
7529                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7530                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7531
7532         return pages;
7533 }
7534
7535 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7536 void free_highmem_page(struct page *page)
7537 {
7538         __free_reserved_page(page);
7539         totalram_pages_inc();
7540         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7541         totalhigh_pages_inc();
7542 }
7543 #endif
7544
7545
7546 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7547 {
7548         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7549         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7550
7551         physpages = get_num_physpages();
7552         codesize = _etext - _stext;
7553         datasize = _edata - _sdata;
7554         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7555         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7556         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7557         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7558
7559         /*
7560          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7561          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7562          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7563          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7564          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7565          */
7566 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7567         do { \
7568                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7569                         size -= adj; \
7570         } while (0)
7571
7572         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7573                      _sinittext, init_code_size);
7574         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7575         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7576         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7577         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7578
7579 #undef  adj_init_size
7580
7581         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7582 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7583                 ", %luK highmem"
7584 #endif
7585                 "%s%s)\n",
7586                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7587                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7588                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7589                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7590                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7591                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7592 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7593                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7594 #endif
7595                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7596 }
7597
7598 /**
7599  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7600  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7601  *
7602  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7603  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7604  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7605  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7606  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7607  * smaller per-cpu batchsize.
7608  */
7609 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7610 {
7611         dma_reserve = new_dma_reserve;
7612 }
7613
7614 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7615 {
7616         init_unavailable_mem();
7617         free_area_init_node(0, zones_size,
7618                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7619 }
7620
7621 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7622 {
7623
7624         lru_add_drain_cpu(cpu);
7625         drain_pages(cpu);
7626
7627         /*
7628          * Spill the event counters of the dead processor
7629          * into the current processors event counters.
7630          * This artificially elevates the count of the current
7631          * processor.
7632          */
7633         vm_events_fold_cpu(cpu);
7634
7635         /*
7636          * Zero the differential counters of the dead processor
7637          * so that the vm statistics are consistent.
7638          *
7639          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7640          * race with what we are doing.
7641          */
7642         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7643         return 0;
7644 }
7645
7646 #ifdef CONFIG_NUMA
7647 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7648
7649 static int __init set_hashdist(char *str)
7650 {
7651         if (!str)
7652                 return 0;
7653         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7654         return 1;
7655 }
7656 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7657 #endif
7658
7659 void __init page_alloc_init(void)
7660 {
7661         int ret;
7662
7663 #ifdef CONFIG_NUMA
7664         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7665                 hashdist = 0;
7666 #endif
7667
7668         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7669                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7670                                         page_alloc_cpu_dead);
7671         WARN_ON(ret < 0);
7672 }
7673
7674 /*
7675  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7676  *      or min_free_kbytes changes.
7677  */
7678 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7679 {
7680         struct pglist_data *pgdat;
7681         unsigned long reserve_pages = 0;
7682         enum zone_type i, j;
7683
7684         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7685
7686                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7687
7688                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7689                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7690                         long max = 0;
7691                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7692
7693                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7694                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7695                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7696                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7697                         }
7698
7699                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7700                         max += high_wmark_pages(zone);
7701
7702                         if (max > managed_pages)
7703                                 max = managed_pages;
7704
7705                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7706
7707                         reserve_pages += max;
7708                 }
7709         }
7710         totalreserve_pages = reserve_pages;
7711 }
7712
7713 /*
7714  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7715  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7716  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7717  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7718  */
7719 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7720 {
7721         struct pglist_data *pgdat;
7722         enum zone_type j, idx;
7723
7724         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7725                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7726                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7727                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7728
7729                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7730
7731                         idx = j;
7732                         while (idx) {
7733                                 struct zone *lower_zone;
7734
7735                                 idx--;
7736                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7737
7738                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7739                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7740                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7741                                 } else {
7742                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7743                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7744                                 }
7745                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7746                         }
7747                 }
7748         }
7749
7750         /* update totalreserve_pages */
7751         calculate_totalreserve_pages();
7752 }
7753
7754 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7755 {
7756         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7757         unsigned long lowmem_pages = 0;
7758         struct zone *zone;
7759         unsigned long flags;
7760
7761         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7762         for_each_zone(zone) {
7763                 if (!is_highmem(zone))
7764                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7765         }
7766
7767         for_each_zone(zone) {
7768                 u64 tmp;
7769
7770                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7771                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7772                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7773                 if (is_highmem(zone)) {
7774                         /*
7775                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7776                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7777                          * value here.
7778                          *
7779                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7780                          * deltas control async page reclaim, and so should
7781                          * not be capped for highmem.
7782                          */
7783                         unsigned long min_pages;
7784
7785                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7786                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7787                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7788                 } else {
7789                         /*
7790                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7791                          * proportionate to the zone's size.
7792                          */
7793                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7794                 }
7795
7796                 /*
7797                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7798                  * scale factor in proportion to available memory, but
7799                  * ensure a minimum size on small systems.
7800                  */
7801                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7802                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7803                                       watermark_scale_factor, 10000));
7804
7805                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7806                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7807                 zone->watermark_boost = 0;
7808
7809                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7810         }
7811
7812         /* update totalreserve_pages */
7813         calculate_totalreserve_pages();
7814 }
7815
7816 /**
7817  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7818  * or when memory is hot-{added|removed}
7819  *
7820  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7821  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7822  */
7823 void setup_per_zone_wmarks(void)
7824 {
7825         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7826
7827         spin_lock(&lock);
7828         __setup_per_zone_wmarks();
7829         spin_unlock(&lock);
7830 }
7831
7832 /*
7833  * Initialise min_free_kbytes.
7834  *
7835  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7836  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7837  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7838  *
7839  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7840  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7841  *
7842  * which yields
7843  *
7844  * 16MB:        512k
7845  * 32MB:        724k
7846  * 64MB:        1024k
7847  * 128MB:       1448k
7848  * 256MB:       2048k
7849  * 512MB:       2896k
7850  * 1024MB:      4096k
7851  * 2048MB:      5792k
7852  * 4096MB:      8192k
7853  * 8192MB:      11584k
7854  * 16384MB:     16384k
7855  */
7856 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7857 {
7858         unsigned long lowmem_kbytes;
7859         int new_min_free_kbytes;
7860
7861         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7862         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7863
7864         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7865                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7866                 if (min_free_kbytes < 128)
7867                         min_free_kbytes = 128;
7868                 if (min_free_kbytes > 262144)
7869                         min_free_kbytes = 262144;
7870         } else {
7871                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7872                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7873         }
7874         setup_per_zone_wmarks();
7875         refresh_zone_stat_thresholds();
7876         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7877
7878 #ifdef CONFIG_NUMA
7879         setup_min_unmapped_ratio();
7880         setup_min_slab_ratio();
7881 #endif
7882
7883         return 0;
7884 }
7885 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7886
7887 /*
7888  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7889  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7890  *      changes.
7891  */
7892 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7893         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7894 {
7895         int rc;
7896
7897         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7898         if (rc)
7899                 return rc;
7900
7901         if (write) {
7902                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7903                 setup_per_zone_wmarks();
7904         }
7905         return 0;
7906 }
7907
7908 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7909         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7910 {
7911         int rc;
7912
7913         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7914         if (rc)
7915                 return rc;
7916
7917         return 0;
7918 }
7919
7920 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7921         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7922 {
7923         int rc;
7924
7925         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7926         if (rc)
7927                 return rc;
7928
7929         if (write)
7930                 setup_per_zone_wmarks();
7931
7932         return 0;
7933 }
7934
7935 #ifdef CONFIG_NUMA
7936 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7937 {
7938         pg_data_t *pgdat;
7939         struct zone *zone;
7940
7941         for_each_online_pgdat(pgdat)
7942                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7943
7944         for_each_zone(zone)
7945                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7946                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7947 }
7948
7949
7950 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7951         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7952 {
7953         int rc;
7954
7955         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7956         if (rc)
7957                 return rc;
7958
7959         setup_min_unmapped_ratio();
7960
7961         return 0;
7962 }
7963
7964 static void setup_min_slab_ratio(void)
7965 {
7966         pg_data_t *pgdat;
7967         struct zone *zone;
7968
7969         for_each_online_pgdat(pgdat)
7970                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7971
7972         for_each_zone(zone)
7973                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7974                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7975 }
7976
7977 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7978         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7979 {
7980         int rc;
7981
7982         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7983         if (rc)
7984                 return rc;
7985
7986         setup_min_slab_ratio();
7987
7988         return 0;
7989 }
7990 #endif
7991
7992 /*
7993  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7994  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7995  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7996  *
7997  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7998  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7999  * if in function of the boot time zone sizes.
8000  */
8001 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8002         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8003 {
8004         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8005         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8006         return 0;
8007 }
8008
8009 static void __zone_pcp_update(struct zone *zone)
8010 {
8011         unsigned int cpu;
8012
8013         for_each_possible_cpu(cpu)
8014                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8015                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8016 }
8017
8018 /*
8019  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8020  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8021  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8022  */
8023 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8024         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8025 {
8026         struct zone *zone;
8027         int old_percpu_pagelist_fraction;
8028         int ret;
8029
8030         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8031         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8032
8033         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8034         if (!write || ret < 0)
8035                 goto out;
8036
8037         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8038         if (percpu_pagelist_fraction &&
8039             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8040                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8041                 ret = -EINVAL;
8042                 goto out;
8043         }
8044
8045         /* No change? */
8046         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8047                 goto out;
8048
8049         for_each_populated_zone(zone)
8050                 __zone_pcp_update(zone);
8051 out:
8052         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8053         return ret;
8054 }
8055
8056 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8057 /*
8058  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8059  * is not known to alloc_large_system_hash().
8060  */
8061 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8062 {
8063         return 0;
8064 }
8065 #endif
8066
8067 /*
8068  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8069  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8070  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8071  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8072  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8073  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8074  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8075  */
8076 #if __BITS_PER_LONG > 32
8077 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8078 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8079 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8080 #endif
8081
8082 /*
8083  * allocate a large system hash table from bootmem
8084  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8085  *   quantity of entries
8086  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8087  */
8088 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8089                                      unsigned long bucketsize,
8090                                      unsigned long numentries,
8091                                      int scale,
8092                                      int flags,
8093                                      unsigned int *_hash_shift,
8094                                      unsigned int *_hash_mask,
8095                                      unsigned long low_limit,
8096                                      unsigned long high_limit)
8097 {
8098         unsigned long long max = high_limit;
8099         unsigned long log2qty, size;
8100         void *table = NULL;
8101         gfp_t gfp_flags;
8102         bool virt;
8103
8104         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8105         if (!numentries) {
8106                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8107                 numentries = nr_kernel_pages;
8108                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8109
8110                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8111                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8112                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8113
8114 #if __BITS_PER_LONG > 32
8115                 if (!high_limit) {
8116                         unsigned long adapt;
8117
8118                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8119                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8120                                 scale++;
8121                 }
8122 #endif
8123
8124                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8125                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8126                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8127                 else
8128                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8129
8130                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8131                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8132                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8133                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8134                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8135                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8136                                 BUG_ON(!numentries);
8137                         }
8138                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8139                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8140         }
8141         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8142
8143         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8144         if (max == 0) {
8145                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8146                 do_div(max, bucketsize);
8147         }
8148         max = min(max, 0x80000000ULL);
8149
8150         if (numentries < low_limit)
8151                 numentries = low_limit;
8152         if (numentries > max)
8153                 numentries = max;
8154
8155         log2qty = ilog2(numentries);
8156
8157         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8158         do {
8159                 virt = false;
8160                 size = bucketsize << log2qty;
8161                 if (flags & HASH_EARLY) {
8162                         if (flags & HASH_ZERO)
8163                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8164                         else
8165                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8166                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8167                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8168                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
8169                         virt = true;
8170                 } else {
8171                         /*
8172                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8173                          * some pages at the end of hash table which
8174                          * alloc_pages_exact() automatically does
8175                          */
8176                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8177                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8178                 }
8179         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8180
8181         if (!table)
8182                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8183
8184         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8185                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8186                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8187
8188         if (_hash_shift)
8189                 *_hash_shift = log2qty;
8190         if (_hash_mask)
8191                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8192
8193         return table;
8194 }
8195
8196 /*
8197  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8198  *
8199  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8200  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8201  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8202  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8203  *
8204  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8205  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that that it
8206  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8207  *
8208  */
8209 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8210                                  int migratetype, int flags)
8211 {
8212         unsigned long iter = 0;
8213         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8214
8215         /*
8216          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8217          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8218          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8219          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8220          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8221          */
8222
8223         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8224                 /*
8225                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8226                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8227                  * so consider them movable here.
8228                  */
8229                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8230                         return NULL;
8231
8232                 return page;
8233         }
8234
8235         for (; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8236                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8237                         continue;
8238
8239                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8240
8241                 if (PageReserved(page))
8242                         return page;
8243
8244                 /*
8245                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8246                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8247                  * is movable.
8248                  */
8249                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8250                         continue;
8251
8252                 /*
8253                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8254                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8255                  * We need not scan over tail pages because we don't
8256                  * handle each tail page individually in migration.
8257                  */
8258                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8259                         struct page *head = compound_head(page);
8260                         unsigned int skip_pages;
8261
8262                         if (PageHuge(page)) {
8263                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8264                                         return page;
8265                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8266                                 return page;
8267                         }
8268
8269                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8270                         iter += skip_pages - 1;
8271                         continue;
8272                 }
8273
8274                 /*
8275                  * We can't use page_count without pin a page
8276                  * because another CPU can free compound page.
8277                  * This check already skips compound tails of THP
8278                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8279                  */
8280                 if (!page_ref_count(page)) {
8281                         if (PageBuddy(page))
8282                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8283                         continue;
8284                 }
8285
8286                 /*
8287                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8288                  * page_count() is not 0.
8289                  */
8290                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8291                         continue;
8292
8293                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8294                         continue;
8295
8296                 /*
8297                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8298                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8299                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8300                  */
8301                 /*
8302                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8303                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8304                  *
8305                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8306                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8307                  * page at boot.
8308                  */
8309                 return page;
8310         }
8311         return NULL;
8312 }
8313
8314 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8315 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8316 {
8317         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8318                              pageblock_nr_pages) - 1);
8319 }
8320
8321 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8322 {
8323         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8324                                 pageblock_nr_pages));
8325 }
8326
8327 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8328 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8329                                         unsigned long start, unsigned long end)
8330 {
8331         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8332         unsigned long nr_reclaimed;
8333         unsigned long pfn = start;
8334         unsigned int tries = 0;
8335         int ret = 0;
8336
8337         migrate_prep();
8338
8339         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8340                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8341                         ret = -EINTR;
8342                         break;
8343                 }
8344
8345                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8346                         cc->nr_migratepages = 0;
8347                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8348                         if (!pfn) {
8349                                 ret = -EINTR;
8350                                 break;
8351                         }
8352                         tries = 0;
8353                 } else if (++tries == 5) {
8354                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8355                         break;
8356                 }
8357
8358                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8359                                                         &cc->migratepages);
8360                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8361
8362                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8363                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8364         }
8365         if (ret < 0) {
8366                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8367                 return ret;
8368         }
8369         return 0;
8370 }
8371
8372 /**
8373  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8374  * @start:      start PFN to allocate
8375  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8376  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8377  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8378  *                      in range must have the same migratetype and it must
8379  *                      be either of the two.
8380  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8381  *
8382  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8383  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8384  *
8385  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8386  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8387  * be modified by others.
8388  *
8389  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8390  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8391  * need to be freed with free_contig_range().
8392  */
8393 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8394                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8395 {
8396         unsigned long outer_start, outer_end;
8397         unsigned int order;
8398         int ret = 0;
8399
8400         struct compact_control cc = {
8401                 .nr_migratepages = 0,
8402                 .order = -1,
8403                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8404                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8405                 .ignore_skip_hint = true,
8406                 .no_set_skip_hint = true,
8407                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8408                 .alloc_contig = true,
8409         };
8410         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8411
8412         /*
8413          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8414          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8415          * have different sizes, and due to the way page allocator
8416          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8417          * that page allocator won't try to merge buddies from
8418          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8419          * other migration type.
8420          *
8421          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8422          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8423          * we are interested in).  This will put all the pages in
8424          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8425          *
8426          * When this is done, we take the pages in range from page
8427          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8428          * page allocator will never consider using them.
8429          *
8430          * This lets us mark the pageblocks back as
8431          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8432          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8433          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8434          */
8435
8436         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8437                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8438         if (ret < 0)
8439                 return ret;
8440
8441         /*
8442          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8443          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8444          * which will report the busy page.
8445          *
8446          * It is possible that busy pages could become available before
8447          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8448          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8449          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8450          */
8451         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8452         if (ret && ret != -EBUSY)
8453                 goto done;
8454         ret =0;
8455
8456         /*
8457          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8458          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8459          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8460          * What we are going to do is to allocate all pages from
8461          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8462          *
8463          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8464          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8465          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8466          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8467          * once this is done free the pages we are not interested in.
8468          *
8469          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8470          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8471          */
8472
8473         lru_add_drain_all();
8474
8475         order = 0;
8476         outer_start = start;
8477         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8478                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8479                         outer_start = start;
8480                         break;
8481                 }
8482                 outer_start &= ~0UL << order;
8483         }
8484
8485         if (outer_start != start) {
8486                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8487
8488                 /*
8489                  * outer_start page could be small order buddy page and
8490                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8491                  * in this case to report failed page properly
8492                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8493                  */
8494                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8495                         outer_start = start;
8496         }
8497
8498         /* Make sure the range is really isolated. */
8499         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8500                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8501                         __func__, outer_start, end);
8502                 ret = -EBUSY;
8503                 goto done;
8504         }
8505
8506         /* Grab isolated pages from freelists. */
8507         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8508         if (!outer_end) {
8509                 ret = -EBUSY;
8510                 goto done;
8511         }
8512
8513         /* Free head and tail (if any) */
8514         if (start != outer_start)
8515                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8516         if (end != outer_end)
8517                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8518
8519 done:
8520         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8521                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8522         return ret;
8523 }
8524
8525 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8526                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8527 {
8528         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8529
8530         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8531                                   gfp_mask);
8532 }
8533
8534 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8535                                    unsigned long nr_pages)
8536 {
8537         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8538         struct page *page;
8539
8540         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8541                 page = pfn_to_online_page(i);
8542                 if (!page)
8543                         return false;
8544
8545                 if (page_zone(page) != z)
8546                         return false;
8547
8548                 if (PageReserved(page))
8549                         return false;
8550
8551                 if (page_count(page) > 0)
8552                         return false;
8553
8554                 if (PageHuge(page))
8555                         return false;
8556         }
8557         return true;
8558 }
8559
8560 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8561                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8562 {
8563         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8564
8565         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8566 }
8567
8568 /**
8569  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8570  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8571  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8572  * @nid:        Target node
8573  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8574  *
8575  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8576  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8577  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8578  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8579  *
8580  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8581  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8582  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8583  *
8584  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8585  * __free_page() on each allocated page.
8586  *
8587  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8588  */
8589 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8590                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8591 {
8592         unsigned long ret, pfn, flags;
8593         struct zonelist *zonelist;
8594         struct zone *zone;
8595         struct zoneref *z;
8596
8597         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
8598         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
8599                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
8600                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8601
8602                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
8603                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
8604                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
8605                                 /*
8606                                  * We release the zone lock here because
8607                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
8608                                  * at some point. If there's an allocation
8609                                  * spinning on this lock, it may win the race
8610                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
8611                                  */
8612                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8613                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
8614                                                         gfp_mask);
8615                                 if (!ret)
8616                                         return pfn_to_page(pfn);
8617                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8618                         }
8619                         pfn += nr_pages;
8620                 }
8621                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8622         }
8623         return NULL;
8624 }
8625 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8626
8627 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8628 {
8629         unsigned int count = 0;
8630
8631         for (; nr_pages--; pfn++) {
8632                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8633
8634                 count += page_count(page) != 1;
8635                 __free_page(page);
8636         }
8637         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8638 }
8639
8640 /*
8641  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8642  * page high values need to be recalulated.
8643  */
8644 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8645 {
8646         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8647         __zone_pcp_update(zone);
8648         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8649 }
8650
8651 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8652 {
8653         unsigned long flags;
8654         int cpu;
8655         struct per_cpu_pageset *pset;
8656
8657         /* avoid races with drain_pages()  */
8658         local_irq_save(flags);
8659         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8660                 for_each_online_cpu(cpu) {
8661                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8662                         drain_zonestat(zone, pset);
8663                 }
8664                 free_percpu(zone->pageset);
8665                 zone->pageset = &boot_pageset;
8666         }
8667         local_irq_restore(flags);
8668 }
8669
8670 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8671 /*
8672  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8673  * before calling this.
8674  */
8675 unsigned long
8676 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8677 {
8678         struct page *page;
8679         struct zone *zone;
8680         unsigned int order;
8681         unsigned long pfn;
8682         unsigned long flags;
8683         unsigned long offlined_pages = 0;
8684
8685         /* find the first valid pfn */
8686         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8687                 if (pfn_valid(pfn))
8688                         break;
8689         if (pfn == end_pfn)
8690                 return offlined_pages;
8691
8692         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8693         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8694         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8695         pfn = start_pfn;
8696         while (pfn < end_pfn) {
8697                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8698                         pfn++;
8699                         continue;
8700                 }
8701                 page = pfn_to_page(pfn);
8702                 /*
8703                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8704                  * page_count() is not 0.
8705                  */
8706                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8707                         pfn++;
8708                         offlined_pages++;
8709                         continue;
8710                 }
8711
8712                 BUG_ON(page_count(page));
8713                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8714                 order = page_order(page);
8715                 offlined_pages += 1 << order;
8716                 del_page_from_free_area(page, &zone->free_area[order]);
8717                 pfn += (1 << order);
8718         }
8719         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8720
8721         return offlined_pages;
8722 }
8723 #endif
8724
8725 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8726 {
8727         struct zone *zone = page_zone(page);
8728         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8729         unsigned long flags;
8730         unsigned int order;
8731
8732         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8733         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8734                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8735
8736                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8737                         break;
8738         }
8739         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8740
8741         return order < MAX_ORDER;
8742 }
8743
8744 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8745 /*
8746  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8747  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8748  * allocation.
8749  */
8750 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8751 {
8752         struct zone *zone = page_zone(page);
8753         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8754         unsigned long flags;
8755         unsigned int order;
8756         bool hwpoisoned = false;
8757
8758         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8759         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8760                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8761
8762                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8763                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8764                                 hwpoisoned = true;
8765                         break;
8766                 }
8767         }
8768         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8769
8770         return hwpoisoned;
8771 }
8772 #endif