mm/page_alloc.c: extract the common part in pfn_to_bitidx()
[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 #include <linux/padata.h>
72
73 #include <asm/sections.h>
74 #include <asm/tlbflush.h>
75 #include <asm/div64.h>
76 #include "internal.h"
77 #include "shuffle.h"
78 #include "page_reporting.h"
79
80 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
81 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
82 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
83
84 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
85 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
86 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
87 #endif
88
89 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
90
91 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
92 /*
93  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
94  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
95  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
96  * defined in <linux/topology.h>.
97  */
98 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
99 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
100 #endif
101
102 /* work_structs for global per-cpu drains */
103 struct pcpu_drain {
104         struct zone *zone;
105         struct work_struct work;
106 };
107 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
108 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
109
110 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
111 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
112 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
113 #endif
114
115 /*
116  * Array of node states.
117  */
118 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
119         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
120         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
121 #ifndef CONFIG_NUMA
122         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
123 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
124         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
125 #endif
126         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
127         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
128 #endif  /* NUMA */
129 };
130 EXPORT_SYMBOL(node_states);
131
132 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
133 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
134 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
135 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
136
137 int percpu_pagelist_fraction;
138 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
139 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
140 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
141 #else
142 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
143 #endif
144 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
145
146 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
147 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
148 #else
149 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
150 #endif
151 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
152
153 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
154 {
155         int ret;
156         bool bool_result;
157
158         if (!buf)
159                 return -EINVAL;
160         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
161         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
162                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
163         if (bool_result)
164                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
165         else
166                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
167         return ret;
168 }
169 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
170
171 static int __init early_init_on_free(char *buf)
172 {
173         int ret;
174         bool bool_result;
175
176         if (!buf)
177                 return -EINVAL;
178         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
179         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
180                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
181         if (bool_result)
182                 static_branch_enable(&init_on_free);
183         else
184                 static_branch_disable(&init_on_free);
185         return ret;
186 }
187 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
188
189 /*
190  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
191  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
192  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
193  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
194  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
195  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
196  */
197 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
198 {
199         return page->index;
200 }
201
202 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
203 {
204         page->index = migratetype;
205 }
206
207 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
208 /*
209  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
210  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
211  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
212  * they should always be called with system_transition_mutex held
213  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
214  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
215  * with that modification).
216  */
217
218 static gfp_t saved_gfp_mask;
219
220 void pm_restore_gfp_mask(void)
221 {
222         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
223         if (saved_gfp_mask) {
224                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
225                 saved_gfp_mask = 0;
226         }
227 }
228
229 void pm_restrict_gfp_mask(void)
230 {
231         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
232         WARN_ON(saved_gfp_mask);
233         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
234         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
235 }
236
237 bool pm_suspended_storage(void)
238 {
239         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
240                 return false;
241         return true;
242 }
243 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
244
245 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
246 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
247 #endif
248
249 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
250
251 /*
252  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
253  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
254  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
255  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
256  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
257  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
258  *
259  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
260  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
261  */
262 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
263 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
264         [ZONE_DMA] = 256,
265 #endif
266 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
267         [ZONE_DMA32] = 256,
268 #endif
269         [ZONE_NORMAL] = 32,
270 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
271         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
272 #endif
273         [ZONE_MOVABLE] = 0,
274 };
275
276 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
277 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
278          "DMA",
279 #endif
280 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
281          "DMA32",
282 #endif
283          "Normal",
284 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
285          "HighMem",
286 #endif
287          "Movable",
288 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
289          "Device",
290 #endif
291 };
292
293 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
294         "Unmovable",
295         "Movable",
296         "Reclaimable",
297         "HighAtomic",
298 #ifdef CONFIG_CMA
299         "CMA",
300 #endif
301 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
302         "Isolate",
303 #endif
304 };
305
306 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
307         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
308         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
309 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
310         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
311 #endif
312 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
313         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
314 #endif
315 };
316
317 int min_free_kbytes = 1024;
318 int user_min_free_kbytes = -1;
319 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
320 /*
321  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
322  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
323  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
324  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
325  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
326  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
327  * fragmentation avoidance.
328  */
329 int watermark_boost_factor __read_mostly;
330 #else
331 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
332 #endif
333 int watermark_scale_factor = 10;
334
335 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
336 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
337 static unsigned long dma_reserve __initdata;
338
339 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
340 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
341 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
342 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
343 static unsigned long required_movablecore __initdata;
344 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
345 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
346 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
347
348 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
349 int movable_zone;
350 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
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 #else
463         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
464 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
465         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
466 }
467
468 /**
469  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
470  * @page: The page within the block of interest
471  * @pfn: The target page frame number
472  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
473  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
474  *
475  * Return: pageblock_bits flags
476  */
477 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
478                                         unsigned long pfn,
479                                         unsigned long end_bitidx,
480                                         unsigned long mask)
481 {
482         unsigned long *bitmap;
483         unsigned long bitidx, word_bitidx;
484         unsigned long word;
485
486         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
487         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
488         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
489         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
490
491         word = bitmap[word_bitidx];
492         bitidx += end_bitidx;
493         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
494 }
495
496 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
497                                         unsigned long end_bitidx,
498                                         unsigned long mask)
499 {
500         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
501 }
502
503 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
504 {
505         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
506 }
507
508 /**
509  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
510  * @page: The page within the block of interest
511  * @flags: The flags to set
512  * @pfn: The target page frame number
513  * @end_bitidx: The last bit of interest
514  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
515  */
516 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
517                                         unsigned long pfn,
518                                         unsigned long end_bitidx,
519                                         unsigned long mask)
520 {
521         unsigned long *bitmap;
522         unsigned long bitidx, word_bitidx;
523         unsigned long old_word, word;
524
525         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
526         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
527
528         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
529         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
530         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
531         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
532
533         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
534
535         bitidx += end_bitidx;
536         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
537         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
538
539         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
540         for (;;) {
541                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
542                 if (word == old_word)
543                         break;
544                 word = old_word;
545         }
546 }
547
548 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
549 {
550         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
551                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
552                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
553
554         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
555                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
556 }
557
558 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
559 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
560 {
561         int ret = 0;
562         unsigned seq;
563         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
564         unsigned long sp, start_pfn;
565
566         do {
567                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
568                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
569                 sp = zone->spanned_pages;
570                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
571                         ret = 1;
572         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
573
574         if (ret)
575                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
576                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
577                         start_pfn, start_pfn + sp);
578
579         return ret;
580 }
581
582 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
583 {
584         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
585                 return 0;
586         if (zone != page_zone(page))
587                 return 0;
588
589         return 1;
590 }
591 /*
592  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
593  */
594 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
595 {
596         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
597                 return 1;
598         if (!page_is_consistent(zone, page))
599                 return 1;
600
601         return 0;
602 }
603 #else
604 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
605 {
606         return 0;
607 }
608 #endif
609
610 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
611 {
612         static unsigned long resume;
613         static unsigned long nr_shown;
614         static unsigned long nr_unshown;
615
616         /*
617          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
618          * or allow a steady drip of one report per second.
619          */
620         if (nr_shown == 60) {
621                 if (time_before(jiffies, resume)) {
622                         nr_unshown++;
623                         goto out;
624                 }
625                 if (nr_unshown) {
626                         pr_alert(
627                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
628                                 nr_unshown);
629                         nr_unshown = 0;
630                 }
631                 nr_shown = 0;
632         }
633         if (nr_shown++ == 0)
634                 resume = jiffies + 60 * HZ;
635
636         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
637                 current->comm, page_to_pfn(page));
638         __dump_page(page, reason);
639         dump_page_owner(page);
640
641         print_modules();
642         dump_stack();
643 out:
644         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
645         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
646         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
647 }
648
649 /*
650  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
651  *
652  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
653  *
654  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
655  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
656  *
657  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
658  * page destructors. See compound_page_dtors.
659  *
660  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
661  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
662  */
663
664 void free_compound_page(struct page *page)
665 {
666         mem_cgroup_uncharge(page);
667         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
668 }
669
670 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
671 {
672         int i;
673         int nr_pages = 1 << order;
674
675         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
676         set_compound_order(page, order);
677         __SetPageHead(page);
678         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
679                 struct page *p = page + i;
680                 set_page_count(p, 0);
681                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
682                 set_compound_head(p, page);
683         }
684         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
685         if (hpage_pincount_available(page))
686                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
687 }
688
689 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
690 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
691
692 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
693                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
694 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
695 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
696 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
697
698 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
699
700 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
701 {
702         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
703 }
704 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
705
706 void init_debug_pagealloc(void)
707 {
708         if (!debug_pagealloc_enabled())
709                 return;
710
711         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
712
713         if (!debug_guardpage_minorder())
714                 return;
715
716         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
717 }
718
719 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
720 {
721         unsigned long res;
722
723         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
724                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
725                 return 0;
726         }
727         _debug_guardpage_minorder = res;
728         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
729         return 0;
730 }
731 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
732
733 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
734                                 unsigned int order, int migratetype)
735 {
736         if (!debug_guardpage_enabled())
737                 return false;
738
739         if (order >= debug_guardpage_minorder())
740                 return false;
741
742         __SetPageGuard(page);
743         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
744         set_page_private(page, order);
745         /* Guard pages are not available for any usage */
746         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
747
748         return true;
749 }
750
751 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
752                                 unsigned int order, int migratetype)
753 {
754         if (!debug_guardpage_enabled())
755                 return;
756
757         __ClearPageGuard(page);
758
759         set_page_private(page, 0);
760         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
761                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
762 }
763 #else
764 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
765                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
766 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
767                                 unsigned int order, int migratetype) {}
768 #endif
769
770 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
771 {
772         set_page_private(page, order);
773         __SetPageBuddy(page);
774 }
775
776 /*
777  * This function checks whether a page is free && is the buddy
778  * we can coalesce a page and its buddy if
779  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
780  * (b) the buddy is in the buddy system &&
781  * (c) a page and its buddy have the same order &&
782  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
783  *
784  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
785  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
786  *
787  * For recording page's order, we use page_private(page).
788  */
789 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
790                                                         unsigned int order)
791 {
792         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
793                 return false;
794
795         if (page_order(buddy) != order)
796                 return false;
797
798         /*
799          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
800          * zone/node ids for pages that could never merge.
801          */
802         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
803                 return false;
804
805         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
806
807         return true;
808 }
809
810 #ifdef CONFIG_COMPACTION
811 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
812 {
813         struct capture_control *capc = current->capture_control;
814
815         return unlikely(capc) &&
816                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
817                 !capc->page &&
818                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
819 }
820
821 static inline bool
822 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
823                    int order, int migratetype)
824 {
825         if (!capc || order != capc->cc->order)
826                 return false;
827
828         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
829         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
830             is_migrate_isolate(migratetype))
831                 return false;
832
833         /*
834          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
835          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
836          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
837          * have trouble finding a high-order free page.
838          */
839         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
840                 return false;
841
842         capc->page = page;
843         return true;
844 }
845
846 #else
847 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
848 {
849         return NULL;
850 }
851
852 static inline bool
853 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
854                    int order, int migratetype)
855 {
856         return false;
857 }
858 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
859
860 /* Used for pages not on another list */
861 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
862                                     unsigned int order, int migratetype)
863 {
864         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
865
866         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
867         area->nr_free++;
868 }
869
870 /* Used for pages not on another list */
871 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
872                                          unsigned int order, int migratetype)
873 {
874         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
875
876         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
877         area->nr_free++;
878 }
879
880 /* Used for pages which are on another list */
881 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
882                                      unsigned int order, int migratetype)
883 {
884         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
885
886         list_move(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
887 }
888
889 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
890                                            unsigned int order)
891 {
892         /* clear reported state and update reported page count */
893         if (page_reported(page))
894                 __ClearPageReported(page);
895
896         list_del(&page->lru);
897         __ClearPageBuddy(page);
898         set_page_private(page, 0);
899         zone->free_area[order].nr_free--;
900 }
901
902 /*
903  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
904  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
905  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
906  * that is happening, add the free page to the tail of the list
907  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
908  * as a higher order page
909  */
910 static inline bool
911 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
912                    struct page *page, unsigned int order)
913 {
914         struct page *higher_page, *higher_buddy;
915         unsigned long combined_pfn;
916
917         if (order >= MAX_ORDER - 2)
918                 return false;
919
920         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
921                 return false;
922
923         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
924         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
925         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
926         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
927
928         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
929                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
930 }
931
932 /*
933  * Freeing function for a buddy system allocator.
934  *
935  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
936  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
937  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
938  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
939  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
940  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
941  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
942  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
943  * parts of the VM system.
944  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
945  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
946  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
947  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
948  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
949  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
950  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
951  * triggers coalescing into a block of larger size.
952  *
953  * -- nyc
954  */
955
956 static inline void __free_one_page(struct page *page,
957                 unsigned long pfn,
958                 struct zone *zone, unsigned int order,
959                 int migratetype, bool report)
960 {
961         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
962         unsigned long buddy_pfn;
963         unsigned long combined_pfn;
964         unsigned int max_order;
965         struct page *buddy;
966         bool to_tail;
967
968         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
969
970         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
971         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
972
973         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
974         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
975                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
976
977         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
978         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
979
980 continue_merging:
981         while (order < max_order - 1) {
982                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
983                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
984                                                                 migratetype);
985                         return;
986                 }
987                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
988                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
989
990                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
991                         goto done_merging;
992                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
993                         goto done_merging;
994                 /*
995                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
996                  * merge with it and move up one order.
997                  */
998                 if (page_is_guard(buddy))
999                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1000                 else
1001                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1002                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1003                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1004                 pfn = combined_pfn;
1005                 order++;
1006         }
1007         if (max_order < MAX_ORDER) {
1008                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1009                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1010                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1011                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1012                  *
1013                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1014                  * low-order merging.
1015                  */
1016                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1017                         int buddy_mt;
1018
1019                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1020                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1021                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1022
1023                         if (migratetype != buddy_mt
1024                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1025                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1026                                 goto done_merging;
1027                 }
1028                 max_order++;
1029                 goto continue_merging;
1030         }
1031
1032 done_merging:
1033         set_page_order(page, order);
1034
1035         if (is_shuffle_order(order))
1036                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1037         else
1038                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1039
1040         if (to_tail)
1041                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1042         else
1043                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1044
1045         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1046         if (report)
1047                 page_reporting_notify_free(order);
1048 }
1049
1050 /*
1051  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1052  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1053  * check if necessary.
1054  */
1055 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1056                                         unsigned long check_flags)
1057 {
1058         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1059                 return false;
1060
1061         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1062                         page_ref_count(page) |
1063 #ifdef CONFIG_MEMCG
1064                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1065 #endif
1066                         (page->flags & check_flags)))
1067                 return false;
1068
1069         return true;
1070 }
1071
1072 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1073 {
1074         const char *bad_reason = NULL;
1075
1076         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1077                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1078         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1079                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1080         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1081                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1082         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1083                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1084                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1085                 else
1086                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1087         }
1088 #ifdef CONFIG_MEMCG
1089         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1090                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1091 #endif
1092         return bad_reason;
1093 }
1094
1095 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1096 {
1097         bad_page(page,
1098                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1099 }
1100
1101 static inline int check_free_page(struct page *page)
1102 {
1103         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1104                 return 0;
1105
1106         /* Something has gone sideways, find it */
1107         check_free_page_bad(page);
1108         return 1;
1109 }
1110
1111 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1112 {
1113         int ret = 1;
1114
1115         /*
1116          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1117          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1118          */
1119         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1120
1121         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1122                 ret = 0;
1123                 goto out;
1124         }
1125         switch (page - head_page) {
1126         case 1:
1127                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1128                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1129                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1130                         goto out;
1131                 }
1132                 break;
1133         case 2:
1134                 /*
1135                  * the second tail page: ->mapping is
1136                  * deferred_list.next -- ignore value.
1137                  */
1138                 break;
1139         default:
1140                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1141                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1142                         goto out;
1143                 }
1144                 break;
1145         }
1146         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1147                 bad_page(page, "PageTail not set");
1148                 goto out;
1149         }
1150         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1151                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1152                 goto out;
1153         }
1154         ret = 0;
1155 out:
1156         page->mapping = NULL;
1157         clear_compound_head(page);
1158         return ret;
1159 }
1160
1161 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1162 {
1163         int i;
1164
1165         for (i = 0; i < numpages; i++)
1166                 clear_highpage(page + i);
1167 }
1168
1169 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1170                                         unsigned int order, bool check_free)
1171 {
1172         int bad = 0;
1173
1174         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1175
1176         trace_mm_page_free(page, order);
1177
1178         /*
1179          * Check tail pages before head page information is cleared to
1180          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1181          */
1182         if (unlikely(order)) {
1183                 bool compound = PageCompound(page);
1184                 int i;
1185
1186                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1187
1188                 if (compound)
1189                         ClearPageDoubleMap(page);
1190                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1191                         if (compound)
1192                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1193                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1194                                 bad++;
1195                                 continue;
1196                         }
1197                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1198                 }
1199         }
1200         if (PageMappingFlags(page))
1201                 page->mapping = NULL;
1202         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1203                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1204         if (check_free)
1205                 bad += check_free_page(page);
1206         if (bad)
1207                 return false;
1208
1209         page_cpupid_reset_last(page);
1210         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1211         reset_page_owner(page, order);
1212
1213         if (!PageHighMem(page)) {
1214                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1215                                            PAGE_SIZE << order);
1216                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1217                                            PAGE_SIZE << order);
1218         }
1219         if (want_init_on_free())
1220                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1221
1222         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1223         /*
1224          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1225          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1226          * happen after this.
1227          */
1228         arch_free_page(page, order);
1229
1230         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1231                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1232
1233         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1234
1235         return true;
1236 }
1237
1238 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1239 /*
1240  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1241  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1242  * moved from pcp lists to free lists.
1243  */
1244 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1245 {
1246         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1247 }
1248
1249 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1250 {
1251         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1252                 return check_free_page(page);
1253         else
1254                 return false;
1255 }
1256 #else
1257 /*
1258  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1259  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1260  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1261  * to the pcp lists.
1262  */
1263 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1264 {
1265         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1266                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1267         else
1268                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1269 }
1270
1271 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1272 {
1273         return check_free_page(page);
1274 }
1275 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1276
1277 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1278 {
1279         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1280         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1281         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1282
1283         prefetch(buddy);
1284 }
1285
1286 /*
1287  * Frees a number of pages from the PCP lists
1288  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1289  * count is the number of pages to free.
1290  *
1291  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1292  * see if this freeing clears that state.
1293  *
1294  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1295  * pinned" detection logic.
1296  */
1297 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1298                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1299 {
1300         int migratetype = 0;
1301         int batch_free = 0;
1302         int prefetch_nr = 0;
1303         bool isolated_pageblocks;
1304         struct page *page, *tmp;
1305         LIST_HEAD(head);
1306
1307         while (count) {
1308                 struct list_head *list;
1309
1310                 /*
1311                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1312                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1313                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1314                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1315                  * lists
1316                  */
1317                 do {
1318                         batch_free++;
1319                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1320                                 migratetype = 0;
1321                         list = &pcp->lists[migratetype];
1322                 } while (list_empty(list));
1323
1324                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1325                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1326                         batch_free = count;
1327
1328                 do {
1329                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1330                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1331                         list_del(&page->lru);
1332                         pcp->count--;
1333
1334                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1335                                 continue;
1336
1337                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1338
1339                         /*
1340                          * We are going to put the page back to the global
1341                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1342                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1343                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1344                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1345                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1346                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1347                          */
1348                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1349                                 prefetch_buddy(page);
1350                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1351         }
1352
1353         spin_lock(&zone->lock);
1354         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1355
1356         /*
1357          * Use safe version since after __free_one_page(),
1358          * page->lru.next will not point to original list.
1359          */
1360         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1361                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1362                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1363                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1364                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1365                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1366                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1367
1368                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt, true);
1369                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1370         }
1371         spin_unlock(&zone->lock);
1372 }
1373
1374 static void free_one_page(struct zone *zone,
1375                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1376                                 unsigned int order,
1377                                 int migratetype)
1378 {
1379         spin_lock(&zone->lock);
1380         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1381                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1382                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1383         }
1384         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, true);
1385         spin_unlock(&zone->lock);
1386 }
1387
1388 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1389                                 unsigned long zone, int nid)
1390 {
1391         mm_zero_struct_page(page);
1392         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1393         init_page_count(page);
1394         page_mapcount_reset(page);
1395         page_cpupid_reset_last(page);
1396         page_kasan_tag_reset(page);
1397
1398         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1399 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1400         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1401         if (!is_highmem_idx(zone))
1402                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1403 #endif
1404 }
1405
1406 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1407 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1408 {
1409         pg_data_t *pgdat;
1410         int nid, zid;
1411
1412         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1413                 return;
1414
1415         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1416         pgdat = NODE_DATA(nid);
1417
1418         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1419                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1420
1421                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1422                         break;
1423         }
1424         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1425 }
1426 #else
1427 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1428 {
1429 }
1430 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1431
1432 /*
1433  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1434  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1435  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1436  * sent to the buddy page allocator.
1437  */
1438 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1439 {
1440         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1441         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1442
1443         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1444                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1445                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1446
1447                         init_reserved_page(start_pfn);
1448
1449                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1450                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1451
1452                         /*
1453                          * no need for atomic set_bit because the struct
1454                          * page is not visible yet so nobody should
1455                          * access it yet.
1456                          */
1457                         __SetPageReserved(page);
1458                 }
1459         }
1460 }
1461
1462 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1463 {
1464         unsigned long flags;
1465         int migratetype;
1466         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1467
1468         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1469                 return;
1470
1471         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1472         local_irq_save(flags);
1473         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1474         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1475         local_irq_restore(flags);
1476 }
1477
1478 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1479 {
1480         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1481         struct page *p = page;
1482         unsigned int loop;
1483
1484         prefetchw(p);
1485         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1486                 prefetchw(p + 1);
1487                 __ClearPageReserved(p);
1488                 set_page_count(p, 0);
1489         }
1490         __ClearPageReserved(p);
1491         set_page_count(p, 0);
1492
1493         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1494         set_page_refcounted(page);
1495         __free_pages(page, order);
1496 }
1497
1498 #ifdef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
1499
1500 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1501
1502 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
1503
1504 /*
1505  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1506  */
1507 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1508                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1509 {
1510         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1511         int nid;
1512
1513         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1514                 return state->last_nid;
1515
1516         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1517         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1518                 state->last_start = start_pfn;
1519                 state->last_end = end_pfn;
1520                 state->last_nid = nid;
1521         }
1522
1523         return nid;
1524 }
1525 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
1526
1527 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1528 {
1529         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1530         int nid;
1531
1532         spin_lock(&early_pfn_lock);
1533         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1534         if (nid < 0)
1535                 nid = first_online_node;
1536         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1537
1538         return nid;
1539 }
1540 #endif /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1541
1542 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1543                                                         unsigned int order)
1544 {
1545         if (early_page_uninitialised(pfn))
1546                 return;
1547         __free_pages_core(page, order);
1548 }
1549
1550 /*
1551  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1552  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1553  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1554  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1555  * pageblocks.
1556  *
1557  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1558  *
1559  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1560  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1561  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1562  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1563  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1564  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1565  * page in a pageblock.
1566  */
1567 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1568                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1569 {
1570         struct page *start_page;
1571         struct page *end_page;
1572
1573         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1574         end_pfn--;
1575
1576         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1577                 return NULL;
1578
1579         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1580         if (!start_page)
1581                 return NULL;
1582
1583         if (page_zone(start_page) != zone)
1584                 return NULL;
1585
1586         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1587
1588         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1589         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1590                 return NULL;
1591
1592         return start_page;
1593 }
1594
1595 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1596 {
1597         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1598         unsigned long block_end_pfn;
1599
1600         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1601         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1602                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1603                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1604
1605                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1606
1607                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1608                                              block_end_pfn, zone))
1609                         return;
1610                 cond_resched();
1611         }
1612
1613         /* We confirm that there is no hole */
1614         zone->contiguous = true;
1615 }
1616
1617 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1618 {
1619         zone->contiguous = false;
1620 }
1621
1622 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1623 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1624                                        unsigned long nr_pages)
1625 {
1626         struct page *page;
1627         unsigned long i;
1628
1629         if (!nr_pages)
1630                 return;
1631
1632         page = pfn_to_page(pfn);
1633
1634         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1635         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1636             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1637                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1638                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1639                 return;
1640         }
1641
1642         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1643                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1644                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1645                 __free_pages_core(page, 0);
1646         }
1647 }
1648
1649 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1650 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1651 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1652
1653 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1654 {
1655         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1656                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1657 }
1658
1659 /*
1660  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1661  *
1662  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1663  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1664  * function is optimized out.
1665  *
1666  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1667  * of the head pfn.
1668  */
1669 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1670 {
1671         if (!pfn_valid_within(pfn))
1672                 return false;
1673         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1674                 return false;
1675         return true;
1676 }
1677
1678 /*
1679  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1680  * pageblock_nr_pages sizes.
1681  */
1682 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1683                                        unsigned long end_pfn)
1684 {
1685         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1686         unsigned long nr_free = 0;
1687
1688         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1689                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1690                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1691                         nr_free = 0;
1692                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1693                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1694                         nr_free = 1;
1695                 } else {
1696                         nr_free++;
1697                 }
1698         }
1699         /* Free the last block of pages to allocator */
1700         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1701 }
1702
1703 /*
1704  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1705  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1706  * Return number of pages initialized.
1707  */
1708 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1709                                                  unsigned long pfn,
1710                                                  unsigned long end_pfn)
1711 {
1712         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1713         int nid = zone_to_nid(zone);
1714         unsigned long nr_pages = 0;
1715         int zid = zone_idx(zone);
1716         struct page *page = NULL;
1717
1718         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1719                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1720                         page = NULL;
1721                         continue;
1722                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1723                         page = pfn_to_page(pfn);
1724                 } else {
1725                         page++;
1726                 }
1727                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1728                 nr_pages++;
1729         }
1730         return (nr_pages);
1731 }
1732
1733 /*
1734  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1735  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1736  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1737  * return false indicating there are no valid ranges left.
1738  */
1739 static bool __init
1740 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1741                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1742                                     unsigned long first_init_pfn)
1743 {
1744         u64 j;
1745
1746         /*
1747          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1748          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1749          * so we just need to flush them out of the system.
1750          */
1751         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1752                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1753                         continue;
1754                 if (*spfn < first_init_pfn)
1755                         *spfn = first_init_pfn;
1756                 *i = j;
1757                 return true;
1758         }
1759
1760         return false;
1761 }
1762
1763 /*
1764  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1765  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1766  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1767  * page in __free_one_page()).
1768  *
1769  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1770  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1771  * any issues with the buddy page computation.
1772  */
1773 static unsigned long __init
1774 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1775                        unsigned long *end_pfn)
1776 {
1777         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1778         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1779         unsigned long nr_pages = 0;
1780         u64 j = *i;
1781
1782         /* First we loop through and initialize the page values */
1783         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1784                 unsigned long t;
1785
1786                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1787                         break;
1788
1789                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1790                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1791
1792                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1793                         *start_pfn = mo_pfn;
1794                         break;
1795                 }
1796         }
1797
1798         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1799         swap(j, *i);
1800
1801         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1802                 unsigned long t;
1803
1804                 if (mo_pfn <= spfn)
1805                         break;
1806
1807                 t = min(mo_pfn, epfn);
1808                 deferred_free_pages(spfn, t);
1809
1810                 if (mo_pfn <= epfn)
1811                         break;
1812         }
1813
1814         return nr_pages;
1815 }
1816
1817 static void __init
1818 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1819                            void *arg)
1820 {
1821         unsigned long spfn, epfn;
1822         struct zone *zone = arg;
1823         u64 i;
1824
1825         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
1826
1827         /*
1828          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
1829          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
1830          */
1831         while (spfn < end_pfn) {
1832                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1833                 cond_resched();
1834         }
1835 }
1836
1837 /* An arch may override for more concurrency. */
1838 __weak int __init
1839 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
1840 {
1841         return 1;
1842 }
1843
1844 /* Initialise remaining memory on a node */
1845 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1846 {
1847         pg_data_t *pgdat = data;
1848         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1849         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
1850         unsigned long first_init_pfn, flags;
1851         unsigned long start = jiffies;
1852         struct zone *zone;
1853         int zid, max_threads;
1854         u64 i;
1855
1856         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1857         if (!cpumask_empty(cpumask))
1858                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1859
1860         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1861         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1862         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1863                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1864                 pgdat_init_report_one_done();
1865                 return 0;
1866         }
1867
1868         /* Sanity check boundaries */
1869         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1870         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1871         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1872
1873         /*
1874          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
1875          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
1876          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
1877          */
1878         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1879
1880         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1881         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1882                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1883                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1884                         break;
1885         }
1886
1887         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1888         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1889                                                  first_init_pfn))
1890                 goto zone_empty;
1891
1892         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
1893
1894         while (spfn < epfn) {
1895                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
1896                 struct padata_mt_job job = {
1897                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
1898                         .fn_arg      = zone,
1899                         .start       = spfn,
1900                         .size        = epfn_align - spfn,
1901                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
1902                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
1903                         .max_threads = max_threads,
1904                 };
1905
1906                 padata_do_multithreaded(&job);
1907                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1908                                                     epfn_align);
1909         }
1910 zone_empty:
1911         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1912         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1913
1914         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
1915                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1916
1917         pgdat_init_report_one_done();
1918         return 0;
1919 }
1920
1921 /*
1922  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1923  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1924  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1925  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1926  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1927  *
1928  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1929  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1930  * enough pages to satisfy the allocation.
1931  *
1932  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1933  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1934  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1935  */
1936 static noinline bool __init
1937 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1938 {
1939         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1940         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1941         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1942         unsigned long spfn, epfn, flags;
1943         unsigned long nr_pages = 0;
1944         u64 i;
1945
1946         /* Only the last zone may have deferred pages */
1947         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1948                 return false;
1949
1950         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1951
1952         /*
1953          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1954          * true, as there might be enough pages already.
1955          */
1956         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1957                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1958                 return true;
1959         }
1960
1961         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1962         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1963                                                  first_deferred_pfn)) {
1964                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1965                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1966                 /* Retry only once. */
1967                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1968         }
1969
1970         /*
1971          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1972          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1973          * allocator.
1974          */
1975         while (spfn < epfn) {
1976                 /* update our first deferred PFN for this section */
1977                 first_deferred_pfn = spfn;
1978
1979                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1980                 touch_nmi_watchdog();
1981
1982                 /* We should only stop along section boundaries */
1983                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1984                         continue;
1985
1986                 /* If our quota has been met we can stop here */
1987                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1988                         break;
1989         }
1990
1991         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1992         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1993
1994         return nr_pages > 0;
1995 }
1996
1997 /*
1998  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1999  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2000  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2001  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2002  */
2003 static bool __ref
2004 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2005 {
2006         return deferred_grow_zone(zone, order);
2007 }
2008
2009 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2010
2011 void __init page_alloc_init_late(void)
2012 {
2013         struct zone *zone;
2014         int nid;
2015
2016 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2017
2018         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2019         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2020         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2021                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2022         }
2023
2024         /* Block until all are initialised */
2025         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2026
2027         /*
2028          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
2029          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
2030          * will be artificially small.
2031          */
2032         for_each_populated_zone(zone)
2033                 zone_pcp_update(zone);
2034
2035         /*
2036          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2037          * on-demand struct page initialization.
2038          */
2039         static_branch_disable(&deferred_pages);
2040
2041         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2042         files_maxfiles_init();
2043 #endif
2044
2045         /* Discard memblock private memory */
2046         memblock_discard();
2047
2048         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2049                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2050
2051         for_each_populated_zone(zone)
2052                 set_zone_contiguous(zone);
2053 }
2054
2055 #ifdef CONFIG_CMA
2056 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2057 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2058 {
2059         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2060         struct page *p = page;
2061
2062         do {
2063                 __ClearPageReserved(p);
2064                 set_page_count(p, 0);
2065         } while (++p, --i);
2066
2067         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2068
2069         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2070                 i = pageblock_nr_pages;
2071                 p = page;
2072                 do {
2073                         set_page_refcounted(p);
2074                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2075                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2076                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2077         } else {
2078                 set_page_refcounted(page);
2079                 __free_pages(page, pageblock_order);
2080         }
2081
2082         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2083 }
2084 #endif
2085
2086 /*
2087  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2088  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2089  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2090  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2091  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2092  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2093  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2094  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2095  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2096  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2097  *
2098  * -- nyc
2099  */
2100 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2101         int low, int high, int migratetype)
2102 {
2103         unsigned long size = 1 << high;
2104
2105         while (high > low) {
2106                 high--;
2107                 size >>= 1;
2108                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2109
2110                 /*
2111                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2112                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2113                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2114                  * pages will stay not present in virtual address space
2115                  */
2116                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2117                         continue;
2118
2119                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2120                 set_page_order(&page[size], high);
2121         }
2122 }
2123
2124 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2125 {
2126         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2127                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2128                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2129                 return;
2130         }
2131
2132         bad_page(page,
2133                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2134 }
2135
2136 /*
2137  * This page is about to be returned from the page allocator
2138  */
2139 static inline int check_new_page(struct page *page)
2140 {
2141         if (likely(page_expected_state(page,
2142                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2143                 return 0;
2144
2145         check_new_page_bad(page);
2146         return 1;
2147 }
2148
2149 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2150 {
2151         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2152                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2153 }
2154
2155 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2156 /*
2157  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2158  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2159  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2160  */
2161 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2162 {
2163         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2164                 return check_new_page(page);
2165         else
2166                 return false;
2167 }
2168
2169 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2170 {
2171         return check_new_page(page);
2172 }
2173 #else
2174 /*
2175  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2176  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2177  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2178  */
2179 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2180 {
2181         return check_new_page(page);
2182 }
2183 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2184 {
2185         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2186                 return check_new_page(page);
2187         else
2188                 return false;
2189 }
2190 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2191
2192 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2193 {
2194         int i;
2195         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2196                 struct page *p = page + i;
2197
2198                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2199                         return true;
2200         }
2201
2202         return false;
2203 }
2204
2205 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2206                                 gfp_t gfp_flags)
2207 {
2208         set_page_private(page, 0);
2209         set_page_refcounted(page);
2210
2211         arch_alloc_page(page, order);
2212         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2213                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2214         kasan_alloc_pages(page, order);
2215         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2216         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2217 }
2218
2219 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2220                                                         unsigned int alloc_flags)
2221 {
2222         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2223
2224         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2225                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2226
2227         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2228                 prep_compound_page(page, order);
2229
2230         /*
2231          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2232          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2233          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2234          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2235          */
2236         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2237                 set_page_pfmemalloc(page);
2238         else
2239                 clear_page_pfmemalloc(page);
2240 }
2241
2242 /*
2243  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2244  * the smallest available page from the freelists
2245  */
2246 static __always_inline
2247 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2248                                                 int migratetype)
2249 {
2250         unsigned int current_order;
2251         struct free_area *area;
2252         struct page *page;
2253
2254         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2255         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2256                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2257                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2258                 if (!page)
2259                         continue;
2260                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2261                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2262                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2263                 return page;
2264         }
2265
2266         return NULL;
2267 }
2268
2269
2270 /*
2271  * This array describes the order lists are fallen back to when
2272  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2273  */
2274 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2275         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2276         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2277         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2278 #ifdef CONFIG_CMA
2279         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2280 #endif
2281 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2282         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2283 #endif
2284 };
2285
2286 #ifdef CONFIG_CMA
2287 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2288                                         unsigned int order)
2289 {
2290         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2291 }
2292 #else
2293 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2294                                         unsigned int order) { return NULL; }
2295 #endif
2296
2297 /*
2298  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2299  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2300  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2301  */
2302 static int move_freepages(struct zone *zone,
2303                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2304                           int migratetype, int *num_movable)
2305 {
2306         struct page *page;
2307         unsigned int order;
2308         int pages_moved = 0;
2309
2310         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2311                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2312                         page++;
2313                         continue;
2314                 }
2315
2316                 if (!PageBuddy(page)) {
2317                         /*
2318                          * We assume that pages that could be isolated for
2319                          * migration are movable. But we don't actually try
2320                          * isolating, as that would be expensive.
2321                          */
2322                         if (num_movable &&
2323                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2324                                 (*num_movable)++;
2325
2326                         page++;
2327                         continue;
2328                 }
2329
2330                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2331                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2332                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2333
2334                 order = page_order(page);
2335                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2336                 page += 1 << order;
2337                 pages_moved += 1 << order;
2338         }
2339
2340         return pages_moved;
2341 }
2342
2343 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2344                                 int migratetype, int *num_movable)
2345 {
2346         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2347         struct page *start_page, *end_page;
2348
2349         if (num_movable)
2350                 *num_movable = 0;
2351
2352         start_pfn = page_to_pfn(page);
2353         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2354         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2355         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2356         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2357
2358         /* Do not cross zone boundaries */
2359         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2360                 start_page = page;
2361         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2362                 return 0;
2363
2364         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2365                                                                 num_movable);
2366 }
2367
2368 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2369                                         int start_order, int migratetype)
2370 {
2371         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2372
2373         while (nr_pageblocks--) {
2374                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2375                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2376         }
2377 }
2378
2379 /*
2380  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2381  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2382  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2383  *
2384  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2385  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2386  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2387  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2388  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2389  * pageblocks.
2390  */
2391 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2392 {
2393         /*
2394          * Leaving this order check is intended, although there is
2395          * relaxed order check in next check. The reason is that
2396          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2397          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2398          * so could be changed anytime.
2399          */
2400         if (order >= pageblock_order)
2401                 return true;
2402
2403         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2404                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2405                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2406                 page_group_by_mobility_disabled)
2407                 return true;
2408
2409         return false;
2410 }
2411
2412 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2413 {
2414         unsigned long max_boost;
2415
2416         if (!watermark_boost_factor)
2417                 return;
2418         /*
2419          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2420          * On small machines, including kdump capture kernels running
2421          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2422          * memory situation immediately.
2423          */
2424         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2425                 return;
2426
2427         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2428                         watermark_boost_factor, 10000);
2429
2430         /*
2431          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2432          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2433          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2434          * allocations that early means that reclaim is not going
2435          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2436          * boosted watermark resulting in a hang.
2437          */
2438         if (!max_boost)
2439                 return;
2440
2441         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2442
2443         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2444                 max_boost);
2445 }
2446
2447 /*
2448  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2449  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2450  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2451  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2452  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2453  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2454  */
2455 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2456                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2457 {
2458         unsigned int current_order = page_order(page);
2459         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2460         int old_block_type;
2461
2462         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2463
2464         /*
2465          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2466          * highatomic accounting.
2467          */
2468         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2469                 goto single_page;
2470
2471         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2472         if (current_order >= pageblock_order) {
2473                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2474                 goto single_page;
2475         }
2476
2477         /*
2478          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2479          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2480          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2481          */
2482         boost_watermark(zone);
2483         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2484                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2485
2486         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2487         if (!whole_block)
2488                 goto single_page;
2489
2490         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2491                                                 &movable_pages);
2492         /*
2493          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2494          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2495          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2496          */
2497         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2498                 alike_pages = movable_pages;
2499         } else {
2500                 /*
2501                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2502                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2503                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2504                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2505                  * exact migratetype of non-movable pages.
2506                  */
2507                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2508                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2509                                                 - (free_pages + movable_pages);
2510                 else
2511                         alike_pages = 0;
2512         }
2513
2514         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2515         if (!free_pages)
2516                 goto single_page;
2517
2518         /*
2519          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2520          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2521          */
2522         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2523                         page_group_by_mobility_disabled)
2524                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2525
2526         return;
2527
2528 single_page:
2529         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2530 }
2531
2532 /*
2533  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2534  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2535  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2536  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2537  */
2538 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2539                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2540 {
2541         int i;
2542         int fallback_mt;
2543
2544         if (area->nr_free == 0)
2545                 return -1;
2546
2547         *can_steal = false;
2548         for (i = 0;; i++) {
2549                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2550                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2551                         break;
2552
2553                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2554                         continue;
2555
2556                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2557                         *can_steal = true;
2558
2559                 if (!only_stealable)
2560                         return fallback_mt;
2561
2562                 if (*can_steal)
2563                         return fallback_mt;
2564         }
2565
2566         return -1;
2567 }
2568
2569 /*
2570  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2571  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2572  */
2573 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2574                                 unsigned int alloc_order)
2575 {
2576         int mt;
2577         unsigned long max_managed, flags;
2578
2579         /*
2580          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2581          * Check is race-prone but harmless.
2582          */
2583         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2584         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2585                 return;
2586
2587         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2588
2589         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2590         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2591                 goto out_unlock;
2592
2593         /* Yoink! */
2594         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2595         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2596             && !is_migrate_cma(mt)) {
2597                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2598                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2599                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2600         }
2601
2602 out_unlock:
2603         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2604 }
2605
2606 /*
2607  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2608  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2609  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2610  * to recover from than an OOM.
2611  *
2612  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2613  * pageblock is exhausted.
2614  */
2615 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2616                                                 bool force)
2617 {
2618         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2619         unsigned long flags;
2620         struct zoneref *z;
2621         struct zone *zone;
2622         struct page *page;
2623         int order;
2624         bool ret;
2625
2626         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2627                                                                 ac->nodemask) {
2628                 /*
2629                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2630                  * is really high.
2631                  */
2632                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2633                                         pageblock_nr_pages)
2634                         continue;
2635
2636                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2637                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2638                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2639
2640                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2641                         if (!page)
2642                                 continue;
2643
2644                         /*
2645                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2646                          * we can counter several free pages in a pageblock
2647                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2648                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2649                          * adjust the count once.
2650                          */
2651                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2652                                 /*
2653                                  * It should never happen but changes to
2654                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2655                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2656                                  * while unreserving so be safe and watch for
2657                                  * underflows.
2658                                  */
2659                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2660                                                 pageblock_nr_pages,
2661                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2662                         }
2663
2664                         /*
2665                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2666                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2667                          * is doing the work and needs the pages. More
2668                          * importantly, if the block was always converted to
2669                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2670                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2671                          * may increase.
2672                          */
2673                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2674                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2675                                                                         NULL);
2676                         if (ret) {
2677                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2678                                 return ret;
2679                         }
2680                 }
2681                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2682         }
2683
2684         return false;
2685 }
2686
2687 /*
2688  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2689  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2690  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2691  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2692  *
2693  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2694  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2695  * condition simpler.
2696  */
2697 static __always_inline bool
2698 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2699                                                 unsigned int alloc_flags)
2700 {
2701         struct free_area *area;
2702         int current_order;
2703         int min_order = order;
2704         struct page *page;
2705         int fallback_mt;
2706         bool can_steal;
2707
2708         /*
2709          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2710          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2711          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2712          */
2713         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2714                 min_order = pageblock_order;
2715
2716         /*
2717          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2718          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2719          * would be too costly to do exactly.
2720          */
2721         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2722                                 --current_order) {
2723                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2724                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2725                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2726                 if (fallback_mt == -1)
2727                         continue;
2728
2729                 /*
2730                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2731                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2732                  * steal and split the smallest available page instead of the
2733                  * largest available page, because even if the next movable
2734                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2735                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2736                  */
2737                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2738                                         && current_order > order)
2739                         goto find_smallest;
2740
2741                 goto do_steal;
2742         }
2743
2744         return false;
2745
2746 find_smallest:
2747         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2748                                                         current_order++) {
2749                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2750                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2751                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2752                 if (fallback_mt != -1)
2753                         break;
2754         }
2755
2756         /*
2757          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2758          * when looking for the largest page.
2759          */
2760         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2761
2762 do_steal:
2763         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2764
2765         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2766                                                                 can_steal);
2767
2768         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2769                 start_migratetype, fallback_mt);
2770
2771         return true;
2772
2773 }
2774
2775 /*
2776  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2777  * Call me with the zone->lock already held.
2778  */
2779 static __always_inline struct page *
2780 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2781                                                 unsigned int alloc_flags)
2782 {
2783         struct page *page;
2784
2785 #ifdef CONFIG_CMA
2786         /*
2787          * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2788          * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2789          * is in the CMA area.
2790          */
2791         if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE &&
2792             zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2793             zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2794                 page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2795                 if (page)
2796                         return page;
2797         }
2798 #endif
2799 retry:
2800         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2801         if (unlikely(!page)) {
2802                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2803                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2804
2805                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2806                                                                 alloc_flags))
2807                         goto retry;
2808         }
2809
2810         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2811         return page;
2812 }
2813
2814 /*
2815  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2816  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2817  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2818  */
2819 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2820                         unsigned long count, struct list_head *list,
2821                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2822 {
2823         int i, alloced = 0;
2824
2825         spin_lock(&zone->lock);
2826         for (i = 0; i < count; ++i) {
2827                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2828                                                                 alloc_flags);
2829                 if (unlikely(page == NULL))
2830                         break;
2831
2832                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2833                         continue;
2834
2835                 /*
2836                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2837                  * physical page order. The page is added to the tail of
2838                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2839                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2840                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2841                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2842                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2843                  * pages are ordered properly.
2844                  */
2845                 list_add_tail(&page->lru, list);
2846                 alloced++;
2847                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2848                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2849                                               -(1 << order));
2850         }
2851
2852         /*
2853          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2854          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2855          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2856          * pages added to the pcp list.
2857          */
2858         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2859         spin_unlock(&zone->lock);
2860         return alloced;
2861 }
2862
2863 #ifdef CONFIG_NUMA
2864 /*
2865  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2866  * currently executing processor on remote nodes after they have
2867  * expired.
2868  *
2869  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2870  * a single processor.
2871  */
2872 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2873 {
2874         unsigned long flags;
2875         int to_drain, batch;
2876
2877         local_irq_save(flags);
2878         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2879         to_drain = min(pcp->count, batch);
2880         if (to_drain > 0)
2881                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2882         local_irq_restore(flags);
2883 }
2884 #endif
2885
2886 /*
2887  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2888  *
2889  * The processor must either be the current processor and the
2890  * thread pinned to the current processor or a processor that
2891  * is not online.
2892  */
2893 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2894 {
2895         unsigned long flags;
2896         struct per_cpu_pageset *pset;
2897         struct per_cpu_pages *pcp;
2898
2899         local_irq_save(flags);
2900         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2901
2902         pcp = &pset->pcp;
2903         if (pcp->count)
2904                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2905         local_irq_restore(flags);
2906 }
2907
2908 /*
2909  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2910  *
2911  * The processor must either be the current processor and the
2912  * thread pinned to the current processor or a processor that
2913  * is not online.
2914  */
2915 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2916 {
2917         struct zone *zone;
2918
2919         for_each_populated_zone(zone) {
2920                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2921         }
2922 }
2923
2924 /*
2925  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2926  *
2927  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2928  * the single zone's pages.
2929  */
2930 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2931 {
2932         int cpu = smp_processor_id();
2933
2934         if (zone)
2935                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2936         else
2937                 drain_pages(cpu);
2938 }
2939
2940 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2941 {
2942         struct pcpu_drain *drain;
2943
2944         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2945
2946         /*
2947          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2948          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2949          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2950          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2951          * a different one.
2952          */
2953         preempt_disable();
2954         drain_local_pages(drain->zone);
2955         preempt_enable();
2956 }
2957
2958 /*
2959  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2960  *
2961  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2962  *
2963  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2964  */
2965 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2966 {
2967         int cpu;
2968
2969         /*
2970          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2971          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2972          */
2973         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2974
2975         /*
2976          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2977          * initialized.
2978          */
2979         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2980                 return;
2981
2982         /*
2983          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2984          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2985          * the drain to be complete when the call returns.
2986          */
2987         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2988                 if (!zone)
2989                         return;
2990                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2991         }
2992
2993         /*
2994          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2995          * as offline notification will cause the notified
2996          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2997          * disables preemption as part of its processing
2998          */
2999         for_each_online_cpu(cpu) {
3000                 struct per_cpu_pageset *pcp;
3001                 struct zone *z;
3002                 bool has_pcps = false;
3003
3004                 if (zone) {
3005                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3006                         if (pcp->pcp.count)
3007                                 has_pcps = true;
3008                 } else {
3009                         for_each_populated_zone(z) {
3010                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
3011                                 if (pcp->pcp.count) {
3012                                         has_pcps = true;
3013                                         break;
3014                                 }
3015                         }
3016                 }
3017
3018                 if (has_pcps)
3019                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3020                 else
3021                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3022         }
3023
3024         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3025                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3026
3027                 drain->zone = zone;
3028                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3029                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3030         }
3031         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3032                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3033
3034         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3035 }
3036
3037 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3038
3039 /*
3040  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3041  */
3042 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3043
3044 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3045 {
3046         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3047         unsigned long flags;
3048         unsigned int order, t;
3049         struct page *page;
3050
3051         if (zone_is_empty(zone))
3052                 return;
3053
3054         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3055
3056         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3057         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3058                 if (pfn_valid(pfn)) {
3059                         page = pfn_to_page(pfn);
3060
3061                         if (!--page_count) {
3062                                 touch_nmi_watchdog();
3063                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3064                         }
3065
3066                         if (page_zone(page) != zone)
3067                                 continue;
3068
3069                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3070                                 swsusp_unset_page_free(page);
3071                 }
3072
3073         for_each_migratetype_order(order, t) {
3074                 list_for_each_entry(page,
3075                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3076                         unsigned long i;
3077
3078                         pfn = page_to_pfn(page);
3079                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3080                                 if (!--page_count) {
3081                                         touch_nmi_watchdog();
3082                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3083                                 }
3084                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3085                         }
3086                 }
3087         }
3088         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3089 }
3090 #endif /* CONFIG_PM */
3091
3092 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3093 {
3094         int migratetype;
3095
3096         if (!free_pcp_prepare(page))
3097                 return false;
3098
3099         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3100         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3101         return true;
3102 }
3103
3104 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3105 {
3106         struct zone *zone = page_zone(page);
3107         struct per_cpu_pages *pcp;
3108         int migratetype;
3109
3110         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3111         __count_vm_event(PGFREE);
3112
3113         /*
3114          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3115          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3116          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3117          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3118          * excessively into the page allocator
3119          */
3120         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3121                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3122                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
3123                         return;
3124                 }
3125                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3126         }
3127
3128         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3129         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3130         pcp->count++;
3131         if (pcp->count >= pcp->high) {
3132                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3133                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3134         }
3135 }
3136
3137 /*
3138  * Free a 0-order page
3139  */
3140 void free_unref_page(struct page *page)
3141 {
3142         unsigned long flags;
3143         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3144
3145         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3146                 return;
3147
3148         local_irq_save(flags);
3149         free_unref_page_commit(page, pfn);
3150         local_irq_restore(flags);
3151 }
3152
3153 /*
3154  * Free a list of 0-order pages
3155  */
3156 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3157 {
3158         struct page *page, *next;
3159         unsigned long flags, pfn;
3160         int batch_count = 0;
3161
3162         /* Prepare pages for freeing */
3163         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3164                 pfn = page_to_pfn(page);
3165                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3166                         list_del(&page->lru);
3167                 set_page_private(page, pfn);
3168         }
3169
3170         local_irq_save(flags);
3171         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3172                 unsigned long pfn = page_private(page);
3173
3174                 set_page_private(page, 0);
3175                 trace_mm_page_free_batched(page);
3176                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3177
3178                 /*
3179                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3180                  * a large list of pages to free.
3181                  */
3182                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3183                         local_irq_restore(flags);
3184                         batch_count = 0;
3185                         local_irq_save(flags);
3186                 }
3187         }
3188         local_irq_restore(flags);
3189 }
3190
3191 /*
3192  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3193  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3194  * Each sub-page must be freed individually.
3195  *
3196  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3197  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3198  */
3199 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3200 {
3201         int i;
3202
3203         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3204         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3205
3206         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3207                 set_page_refcounted(page + i);
3208         split_page_owner(page, order);
3209 }
3210 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3211
3212 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3213 {
3214         unsigned long watermark;
3215         struct zone *zone;
3216         int mt;
3217
3218         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3219
3220         zone = page_zone(page);
3221         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3222
3223         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3224                 /*
3225                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3226                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3227                  * watermark, because we already know our high-order page
3228                  * exists.
3229                  */
3230                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3231                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3232                         return 0;
3233
3234                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3235         }
3236
3237         /* Remove page from free list */
3238
3239         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3240
3241         /*
3242          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3243          * pageblock
3244          */
3245         if (order >= pageblock_order - 1) {
3246                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3247                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3248                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3249                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3250                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3251                                 set_pageblock_migratetype(page,
3252                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3253                 }
3254         }
3255
3256
3257         return 1UL << order;
3258 }
3259
3260 /**
3261  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3262  * @page: Page that was isolated
3263  * @order: Order of the isolated page
3264  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3265  *
3266  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3267  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3268  */
3269 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3270 {
3271         struct zone *zone = page_zone(page);
3272
3273         /* zone lock should be held when this function is called */
3274         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3275
3276         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3277         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, false);
3278 }
3279
3280 /*
3281  * Update NUMA hit/miss statistics
3282  *
3283  * Must be called with interrupts disabled.
3284  */
3285 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3286 {
3287 #ifdef CONFIG_NUMA
3288         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3289
3290         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3291         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3292                 return;
3293
3294         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3295                 local_stat = NUMA_OTHER;
3296
3297         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3298                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3299         else {
3300                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3301                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3302         }
3303         __inc_numa_state(z, local_stat);
3304 #endif
3305 }
3306
3307 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3308 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3309                         unsigned int alloc_flags,
3310                         struct per_cpu_pages *pcp,
3311                         struct list_head *list)
3312 {
3313         struct page *page;
3314
3315         do {
3316                 if (list_empty(list)) {
3317                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3318                                         pcp->batch, list,
3319                                         migratetype, alloc_flags);
3320                         if (unlikely(list_empty(list)))
3321                                 return NULL;
3322                 }
3323
3324                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3325                 list_del(&page->lru);
3326                 pcp->count--;
3327         } while (check_new_pcp(page));
3328
3329         return page;
3330 }
3331
3332 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3333 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3334                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3335                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3336 {
3337         struct per_cpu_pages *pcp;
3338         struct list_head *list;
3339         struct page *page;
3340         unsigned long flags;
3341
3342         local_irq_save(flags);
3343         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3344         list = &pcp->lists[migratetype];
3345         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3346         if (page) {
3347                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3348                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3349         }
3350         local_irq_restore(flags);
3351         return page;
3352 }
3353
3354 /*
3355  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3356  */
3357 static inline
3358 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3359                         struct zone *zone, unsigned int order,
3360                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3361                         int migratetype)
3362 {
3363         unsigned long flags;
3364         struct page *page;
3365
3366         if (likely(order == 0)) {
3367                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3368                                         migratetype, alloc_flags);
3369                 goto out;
3370         }
3371
3372         /*
3373          * We most definitely don't want callers attempting to
3374          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3375          */
3376         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3377         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3378
3379         do {
3380                 page = NULL;
3381                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3382                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3383                         if (page)
3384                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3385                 }
3386                 if (!page)
3387                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3388         } while (page && check_new_pages(page, order));
3389         spin_unlock(&zone->lock);
3390         if (!page)
3391                 goto failed;
3392         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3393                                   get_pcppage_migratetype(page));
3394
3395         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3396         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3397         local_irq_restore(flags);
3398
3399 out:
3400         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3401         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3402                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3403                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3404         }
3405
3406         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3407         return page;
3408
3409 failed:
3410         local_irq_restore(flags);
3411         return NULL;
3412 }
3413
3414 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3415
3416 static struct {
3417         struct fault_attr attr;
3418
3419         bool ignore_gfp_highmem;
3420         bool ignore_gfp_reclaim;
3421         u32 min_order;
3422 } fail_page_alloc = {
3423         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3424         .ignore_gfp_reclaim = true,
3425         .ignore_gfp_highmem = true,
3426         .min_order = 1,
3427 };
3428
3429 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3430 {
3431         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3432 }
3433 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3434
3435 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3436 {
3437         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3438                 return false;
3439         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3440                 return false;
3441         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3442                 return false;
3443         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3444                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3445                 return false;
3446
3447         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3448 }
3449
3450 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3451
3452 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3453 {
3454         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3455         struct dentry *dir;
3456
3457         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3458                                         &fail_page_alloc.attr);
3459
3460         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3461                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3462         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3463                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3464         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3465
3466         return 0;
3467 }
3468
3469 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3470
3471 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3472
3473 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3474
3475 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3476 {
3477         return false;
3478 }
3479
3480 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3481
3482 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3483 {
3484         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3485 }
3486 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3487
3488 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3489                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3490 {
3491         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3492         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3493
3494         /*
3495          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3496          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3497          * atomic reserve but it avoids a search.
3498          */
3499         if (likely(!alloc_harder))
3500                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3501
3502 #ifdef CONFIG_CMA
3503         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3504         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3505                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3506 #endif
3507
3508         return unusable_free;
3509 }
3510
3511 /*
3512  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3513  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3514  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3515  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3516  */
3517 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3518                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3519                          long free_pages)
3520 {
3521         long min = mark;
3522         int o;
3523         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3524
3525         /* free_pages may go negative - that's OK */
3526         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3527
3528         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3529                 min -= min / 2;
3530
3531         if (unlikely(alloc_harder)) {
3532                 /*
3533                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3534                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3535                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3536                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3537                  */
3538                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3539                         min -= min / 2;
3540                 else
3541                         min -= min / 4;
3542         }
3543
3544         /*
3545          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3546          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3547          * even if a suitable page happened to be free.
3548          */
3549         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3550                 return false;
3551
3552         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3553         if (!order)
3554                 return true;
3555
3556         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3557         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3558                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3559                 int mt;
3560
3561                 if (!area->nr_free)
3562                         continue;
3563
3564                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3565                         if (!free_area_empty(area, mt))
3566                                 return true;
3567                 }
3568
3569 #ifdef CONFIG_CMA
3570                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3571                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3572                         return true;
3573                 }
3574 #endif
3575                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3576                         return true;
3577         }
3578         return false;
3579 }
3580
3581 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3582                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3583 {
3584         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3585                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3586 }
3587
3588 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3589                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3590                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3591 {
3592         long free_pages;
3593
3594         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3595
3596         /*
3597          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3598          * need to be calculated.
3599          */
3600         if (!order) {
3601                 long fast_free;
3602
3603                 fast_free = free_pages;
3604                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3605                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3606                         return true;
3607         }
3608
3609         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3610                                         free_pages))
3611                 return true;
3612         /*
3613          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3614          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3615          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3616          * when below the low watermark.
3617          */
3618         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3619                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3620                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3621                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3622                                         alloc_flags, free_pages);
3623         }
3624
3625         return false;
3626 }
3627
3628 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3629                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3630 {
3631         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3632
3633         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3634                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3635
3636         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3637                                                                 free_pages);
3638 }
3639
3640 #ifdef CONFIG_NUMA
3641 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3642 {
3643         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3644                                 node_reclaim_distance;
3645 }
3646 #else   /* CONFIG_NUMA */
3647 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3648 {
3649         return true;
3650 }
3651 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3652
3653 /*
3654  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3655  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3656  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3657  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3658  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3659  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3660  */
3661 static inline unsigned int
3662 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3663 {
3664         unsigned int alloc_flags;
3665
3666         /*
3667          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3668          * to save a branch.
3669          */
3670         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3671
3672 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3673         if (!zone)
3674                 return alloc_flags;
3675
3676         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3677                 return alloc_flags;
3678
3679         /*
3680          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3681          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3682          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3683          */
3684         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3685         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3686                 return alloc_flags;
3687
3688         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3689 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3690         return alloc_flags;
3691 }
3692
3693 /*
3694  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3695  * a page.
3696  */
3697 static struct page *
3698 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3699                                                 const struct alloc_context *ac)
3700 {
3701         struct zoneref *z;
3702         struct zone *zone;
3703         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3704         bool no_fallback;
3705
3706 retry:
3707         /*
3708          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3709          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3710          */
3711         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3712         z = ac->preferred_zoneref;
3713         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3714                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3715                 struct page *page;
3716                 unsigned long mark;
3717
3718                 if (cpusets_enabled() &&
3719                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3720                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3721                                 continue;
3722                 /*
3723                  * When allocating a page cache page for writing, we
3724                  * want to get it from a node that is within its dirty
3725                  * limit, such that no single node holds more than its
3726                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3727                  * The dirty limits take into account the node's
3728                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3729                  * should be able to balance it without having to
3730                  * write pages from its LRU list.
3731                  *
3732                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3733                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3734                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3735                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3736                  * nodes are together not big enough to reach the
3737                  * global limit.  The proper fix for these situations
3738                  * will require awareness of nodes in the
3739                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3740                  */
3741                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3742                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3743                                 continue;
3744
3745                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3746                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3747                                 continue;
3748                         }
3749                 }
3750
3751                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3752                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3753                         int local_nid;
3754
3755                         /*
3756                          * If moving to a remote node, retry but allow
3757                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3758                          * than fragmentation avoidance.
3759                          */
3760                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3761                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3762                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3763                                 goto retry;
3764                         }
3765                 }
3766
3767                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3768                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3769                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3770                                        gfp_mask)) {
3771                         int ret;
3772
3773 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3774                         /*
3775                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3776                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3777                          */
3778                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3779                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3780                                         goto try_this_zone;
3781                         }
3782 #endif
3783                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3784                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3785                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3786                                 goto try_this_zone;
3787
3788                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3789                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3790                                 continue;
3791
3792                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3793                         switch (ret) {
3794                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3795                                 /* did not scan */
3796                                 continue;
3797                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3798                                 /* scanned but unreclaimable */
3799                                 continue;
3800                         default:
3801                                 /* did we reclaim enough */
3802                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3803                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3804                                         goto try_this_zone;
3805
3806                                 continue;
3807                         }
3808                 }
3809
3810 try_this_zone:
3811                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3812                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3813                 if (page) {
3814                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3815
3816                         /*
3817                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3818                          * if the pageblock should be reserved for the future
3819                          */
3820                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3821                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3822
3823                         return page;
3824                 } else {
3825 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3826                         /* Try again if zone has deferred pages */
3827                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3828                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3829                                         goto try_this_zone;
3830                         }
3831 #endif
3832                 }
3833         }
3834
3835         /*
3836          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3837          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3838          */
3839         if (no_fallback) {
3840                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3841                 goto retry;
3842         }
3843
3844         return NULL;
3845 }
3846
3847 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3848 {
3849         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3850
3851         /*
3852          * This documents exceptions given to allocations in certain
3853          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3854          * of allowed nodes.
3855          */
3856         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3857                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3858                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3859                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3860         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3861                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3862
3863         show_mem(filter, nodemask);
3864 }
3865
3866 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3867 {
3868         struct va_format vaf;
3869         va_list args;
3870         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3871
3872         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3873                 return;
3874
3875         va_start(args, fmt);
3876         vaf.fmt = fmt;
3877         vaf.va = &args;
3878         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3879                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3880                         nodemask_pr_args(nodemask));
3881         va_end(args);
3882
3883         cpuset_print_current_mems_allowed();
3884         pr_cont("\n");
3885         dump_stack();
3886         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3887 }
3888
3889 static inline struct page *
3890 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3891                               unsigned int alloc_flags,
3892                               const struct alloc_context *ac)
3893 {
3894         struct page *page;
3895
3896         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3897                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3898         /*
3899          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3900          * are depleted
3901          */
3902         if (!page)
3903                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3904                                 alloc_flags, ac);
3905
3906         return page;
3907 }
3908
3909 static inline struct page *
3910 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3911         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3912 {
3913         struct oom_control oc = {
3914                 .zonelist = ac->zonelist,
3915                 .nodemask = ac->nodemask,
3916                 .memcg = NULL,
3917                 .gfp_mask = gfp_mask,
3918                 .order = order,
3919         };
3920         struct page *page;
3921
3922         *did_some_progress = 0;
3923
3924         /*
3925          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3926          * making progress for us.
3927          */
3928         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3929                 *did_some_progress = 1;
3930                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3931                 return NULL;
3932         }
3933
3934         /*
3935          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3936          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3937          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3938          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3939          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3940          */
3941         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3942                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3943                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3944         if (page)
3945                 goto out;
3946
3947         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3948         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3949                 goto out;
3950         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3951         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3952                 goto out;
3953         /*
3954          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3955          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3956          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3957          * fallback than shooting a random task.
3958          */
3959         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3960                 goto out;
3961         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3962         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3963                 goto out;
3964         if (pm_suspended_storage())
3965                 goto out;
3966         /*
3967          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3968          * other request to make a forward progress.
3969          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3970          * do much for this context but let's try it to at least get
3971          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3972          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3973          * failures more gracefully we should just bail out here.
3974          */
3975
3976         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3977         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3978                 goto out;
3979
3980         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3981         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3982                 *did_some_progress = 1;
3983
3984                 /*
3985                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3986                  * reserves
3987                  */
3988                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3989                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3990                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3991         }
3992 out:
3993         mutex_unlock(&oom_lock);
3994         return page;
3995 }
3996
3997 /*
3998  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3999  * killer is consider as the only way to move forward.
4000  */
4001 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4002
4003 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4004 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4005 static struct page *
4006 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4007                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4008                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4009 {
4010         struct page *page = NULL;
4011         unsigned long pflags;
4012         unsigned int noreclaim_flag;
4013
4014         if (!order)
4015                 return NULL;
4016
4017         psi_memstall_enter(&pflags);
4018         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4019
4020         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4021                                                                 prio, &page);
4022
4023         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4024         psi_memstall_leave(&pflags);
4025
4026         /*
4027          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4028          * count a compaction stall
4029          */
4030         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4031
4032         /* Prep a captured page if available */
4033         if (page)
4034                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4035
4036         /* Try get a page from the freelist if available */
4037         if (!page)
4038                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4039
4040         if (page) {
4041                 struct zone *zone = page_zone(page);
4042
4043                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4044                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4045                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4046                 return page;
4047         }
4048
4049         /*
4050          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4051          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4052          */
4053         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4054
4055         cond_resched();
4056
4057         return NULL;
4058 }
4059
4060 static inline bool
4061 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4062                      enum compact_result compact_result,
4063                      enum compact_priority *compact_priority,
4064                      int *compaction_retries)
4065 {
4066         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4067         int min_priority;
4068         bool ret = false;
4069         int retries = *compaction_retries;
4070         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4071
4072         if (!order)
4073                 return false;
4074
4075         if (compaction_made_progress(compact_result))
4076                 (*compaction_retries)++;
4077
4078         /*
4079          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4080          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4081          * failure could be caused by insufficient priority
4082          */
4083         if (compaction_failed(compact_result))
4084                 goto check_priority;
4085
4086         /*
4087          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4088          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4089          */
4090         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4091                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4092                 goto out;
4093         }
4094
4095         /*
4096          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4097          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4098          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4099          * we don't just keep bailing out endlessly.
4100          */
4101         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4102                 goto check_priority;
4103         }
4104
4105         /*
4106          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4107          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4108          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4109          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4110          * would need much more detailed feedback from compaction to
4111          * make a better decision.
4112          */
4113         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4114                 max_retries /= 4;
4115         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4116                 ret = true;
4117                 goto out;
4118         }
4119
4120         /*
4121          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4122          * all retries or failed at the lower priorities.
4123          */
4124 check_priority:
4125         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4126                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4127
4128         if (*compact_priority > min_priority) {
4129                 (*compact_priority)--;
4130                 *compaction_retries = 0;
4131                 ret = true;
4132         }
4133 out:
4134         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4135         return ret;
4136 }
4137 #else
4138 static inline struct page *
4139 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4140                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4141                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4142 {
4143         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4144         return NULL;
4145 }
4146
4147 static inline bool
4148 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4149                      enum compact_result compact_result,
4150                      enum compact_priority *compact_priority,
4151                      int *compaction_retries)
4152 {
4153         struct zone *zone;
4154         struct zoneref *z;
4155
4156         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4157                 return false;
4158
4159         /*
4160          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4161          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4162          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4163          * watermarks are OK.
4164          */
4165         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4166                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4167                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4168                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4169                         return true;
4170         }
4171         return false;
4172 }
4173 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4174
4175 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4176 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4177         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4178
4179 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4180 {
4181         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4182
4183         /* no reclaim without waiting on it */
4184         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4185                 return false;
4186
4187         /* this guy won't enter reclaim */
4188         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4189                 return false;
4190
4191         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4192         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4193                 return false;
4194
4195         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4196                 return false;
4197
4198         return true;
4199 }
4200
4201 void __fs_reclaim_acquire(void)
4202 {
4203         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4204 }
4205
4206 void __fs_reclaim_release(void)
4207 {
4208         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4209 }
4210
4211 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4212 {
4213         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4214                 __fs_reclaim_acquire();
4215 }
4216 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4217
4218 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4219 {
4220         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4221                 __fs_reclaim_release();
4222 }
4223 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4224 #endif
4225
4226 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4227 static int
4228 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4229                                         const struct alloc_context *ac)
4230 {
4231         int progress;
4232         unsigned int noreclaim_flag;
4233         unsigned long pflags;
4234
4235         cond_resched();
4236
4237         /* We now go into synchronous reclaim */
4238         cpuset_memory_pressure_bump();
4239         psi_memstall_enter(&pflags);
4240         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4241         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4242
4243         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4244                                                                 ac->nodemask);
4245
4246         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4247         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4248         psi_memstall_leave(&pflags);
4249
4250         cond_resched();
4251
4252         return progress;
4253 }
4254
4255 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4256 static inline struct page *
4257 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4258                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4259                 unsigned long *did_some_progress)
4260 {
4261         struct page *page = NULL;
4262         bool drained = false;
4263
4264         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4265         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4266                 return NULL;
4267
4268 retry:
4269         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4270
4271         /*
4272          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4273          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4274          * Shrink them them and try again
4275          */
4276         if (!page && !drained) {
4277                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4278                 drain_all_pages(NULL);
4279                 drained = true;
4280                 goto retry;
4281         }
4282
4283         return page;
4284 }
4285
4286 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4287                              const struct alloc_context *ac)
4288 {
4289         struct zoneref *z;
4290         struct zone *zone;
4291         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4292         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4293
4294         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4295                                         ac->nodemask) {
4296                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4297                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4298                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4299         }
4300 }
4301
4302 static inline unsigned int
4303 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4304 {
4305         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4306
4307         /*
4308          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4309          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4310          * to save two branches.
4311          */
4312         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4313         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4314
4315         /*
4316          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4317          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4318          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4319          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4320          */
4321         alloc_flags |= (__force int)
4322                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4323
4324         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4325                 /*
4326                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4327                  * if it can't schedule.
4328                  */
4329                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4330                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4331                 /*
4332                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4333                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4334                  */
4335                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4336         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4337                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4338
4339 #ifdef CONFIG_CMA
4340         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4341                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4342 #endif
4343         return alloc_flags;
4344 }
4345
4346 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4347 {
4348         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4349                 return false;
4350
4351         /*
4352          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4353          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4354          */
4355         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4356                 return false;
4357
4358         return true;
4359 }
4360
4361 /*
4362  * Distinguish requests which really need access to full memory
4363  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4364  */
4365 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4366 {
4367         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4368                 return 0;
4369         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4370                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4371         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4372                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4373         if (!in_interrupt()) {
4374                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4375                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4376                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4377                         return ALLOC_OOM;
4378         }
4379
4380         return 0;
4381 }
4382
4383 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4384 {
4385         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4386 }
4387
4388 /*
4389  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4390  * for the given allocation request.
4391  *
4392  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4393  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4394  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4395  *
4396  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4397  */
4398 static inline bool
4399 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4400                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4401                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4402 {
4403         struct zone *zone;
4404         struct zoneref *z;
4405         bool ret = false;
4406
4407         /*
4408          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4409          * their order will become available due to high fragmentation so
4410          * always increment the no progress counter for them
4411          */
4412         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4413                 *no_progress_loops = 0;
4414         else
4415                 (*no_progress_loops)++;
4416
4417         /*
4418          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4419          * several times in the row.
4420          */
4421         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4422                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4423                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4424         }
4425
4426         /*
4427          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4428          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4429          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4430          * screwed and have to go OOM.
4431          */
4432         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4433                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4434                 unsigned long available;
4435                 unsigned long reclaimable;
4436                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4437                 bool wmark;
4438
4439                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4440                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4441
4442                 /*
4443                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4444                  * reclaimable pages?
4445                  */
4446                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4447                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4448                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4449                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4450                 if (wmark) {
4451                         /*
4452                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4453                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4454                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4455                          * prevent from pre mature OOM
4456                          */
4457                         if (!did_some_progress) {
4458                                 unsigned long write_pending;
4459
4460                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4461                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4462
4463                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4464                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4465                                         return true;
4466                                 }
4467                         }
4468
4469                         ret = true;
4470                         goto out;
4471                 }
4472         }
4473
4474 out:
4475         /*
4476          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4477          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4478          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4479          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4480          * here rather than calling cond_resched().
4481          */
4482         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4483                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4484         else
4485                 cond_resched();
4486         return ret;
4487 }
4488
4489 static inline bool
4490 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4491 {
4492         /*
4493          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4494          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4495          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4496          * such a way the check therein was true, and then it became false
4497          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4498          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4499          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4500          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4501          * caller can deal with a violated nodemask.
4502          */
4503         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4504                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4505                 ac->nodemask = NULL;
4506                 return true;
4507         }
4508
4509         /*
4510          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4511          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4512          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4513          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4514          * retry.
4515          */
4516         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4517                 return true;
4518
4519         return false;
4520 }
4521
4522 static inline struct page *
4523 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4524                                                 struct alloc_context *ac)
4525 {
4526         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4527         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4528         struct page *page = NULL;
4529         unsigned int alloc_flags;
4530         unsigned long did_some_progress;
4531         enum compact_priority compact_priority;
4532         enum compact_result compact_result;
4533         int compaction_retries;
4534         int no_progress_loops;
4535         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4536         int reserve_flags;
4537
4538         /*
4539          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4540          * callers that are not in atomic context.
4541          */
4542         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4543                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4544                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4545
4546 retry_cpuset:
4547         compaction_retries = 0;
4548         no_progress_loops = 0;
4549         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4550         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4551
4552         /*
4553          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4554          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4555          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4556          */
4557         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4558
4559         /*
4560          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4561          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4562          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4563          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4564          */
4565         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4566                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4567         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4568                 goto nopage;
4569
4570         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4571                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4572
4573         /*
4574          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4575          * that first
4576          */
4577         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4578         if (page)
4579                 goto got_pg;
4580
4581         /*
4582          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4583          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4584          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4585          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4586          * same migratetype.
4587          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4588          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4589          */
4590         if (can_direct_reclaim &&
4591                         (costly_order ||
4592                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4593                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4594                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4595                                                 alloc_flags, ac,
4596                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4597                                                 &compact_result);
4598                 if (page)
4599                         goto got_pg;
4600
4601                 /*
4602                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4603                  * includes some THP page fault allocations
4604                  */
4605                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4606                         /*
4607                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4608                          * failed because all zones are below low watermarks
4609                          * or is prohibited because it recently failed at this
4610                          * order, fail immediately unless the allocator has
4611                          * requested compaction and reclaim retry.
4612                          *
4613                          * Reclaim is
4614                          *  - potentially very expensive because zones are far
4615                          *    below their low watermarks or this is part of very
4616                          *    bursty high order allocations,
4617                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4618                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4619                          *    linear scan, and
4620                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4621                          *    own.
4622                          */
4623                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4624                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4625                                 goto nopage;
4626
4627                         /*
4628                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4629                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4630                          * using async compaction.
4631                          */
4632                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4633                 }
4634         }
4635
4636 retry:
4637         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4638         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4639                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4640
4641         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4642         if (reserve_flags)
4643                 alloc_flags = reserve_flags;
4644
4645         /*
4646          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4647          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4648          * user oriented.
4649          */
4650         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4651                 ac->nodemask = NULL;
4652                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4653                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4654         }
4655
4656         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4657         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4658         if (page)
4659                 goto got_pg;
4660
4661         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4662         if (!can_direct_reclaim)
4663                 goto nopage;
4664
4665         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4666         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4667                 goto nopage;
4668
4669         /* Try direct reclaim and then allocating */
4670         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4671                                                         &did_some_progress);
4672         if (page)
4673                 goto got_pg;
4674
4675         /* Try direct compaction and then allocating */
4676         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4677                                         compact_priority, &compact_result);
4678         if (page)
4679                 goto got_pg;
4680
4681         /* Do not loop if specifically requested */
4682         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4683                 goto nopage;
4684
4685         /*
4686          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4687          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4688          */
4689         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4690                 goto nopage;
4691
4692         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4693                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4694                 goto retry;
4695
4696         /*
4697          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4698          * reclaim is not able to make any progress because the current
4699          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4700          * of free memory (see __compaction_suitable)
4701          */
4702         if (did_some_progress > 0 &&
4703                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4704                                 compact_result, &compact_priority,
4705                                 &compaction_retries))
4706                 goto retry;
4707
4708
4709         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4710         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4711                 goto retry_cpuset;
4712
4713         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4714         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4715         if (page)
4716                 goto got_pg;
4717
4718         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4719         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4720             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4721              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4722                 goto nopage;
4723
4724         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4725         if (did_some_progress) {
4726                 no_progress_loops = 0;
4727                 goto retry;
4728         }
4729
4730 nopage:
4731         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4732         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4733                 goto retry_cpuset;
4734
4735         /*
4736          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4737          * we always retry
4738          */
4739         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4740                 /*
4741                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4742                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4743                  */
4744                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4745                         goto fail;
4746
4747                 /*
4748                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4749                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4750                  * for somebody to do a work for us
4751                  */
4752                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4753
4754                 /*
4755                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4756                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4757                  * so that we can identify them and convert them to something
4758                  * else.
4759                  */
4760                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4761
4762                 /*
4763                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4764                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4765                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4766                  * the situation worse
4767                  */
4768                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4769                 if (page)
4770                         goto got_pg;
4771
4772                 cond_resched();
4773                 goto retry;
4774         }
4775 fail:
4776         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4777                         "page allocation failure: order:%u", order);
4778 got_pg:
4779         return page;
4780 }
4781
4782 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4783                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4784                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4785                 unsigned int *alloc_flags)
4786 {
4787         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4788         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4789         ac->nodemask = nodemask;
4790         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4791
4792         if (cpusets_enabled()) {
4793                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4794                 if (!ac->nodemask)
4795                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4796                 else
4797                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4798         }
4799
4800         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4801         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4802
4803         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4804
4805         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4806                 return false;
4807
4808         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4809                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4810
4811         return true;
4812 }
4813
4814 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4815 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4816 {
4817         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4818         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4819
4820         /*
4821          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4822          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4823          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4824          */
4825         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4826                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4827 }
4828
4829 /*
4830  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4831  */
4832 struct page *
4833 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4834                                                         nodemask_t *nodemask)
4835 {
4836         struct page *page;
4837         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4838         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4839         struct alloc_context ac = { };
4840
4841         /*
4842          * There are several places where we assume that the order value is sane
4843          * so bail out early if the request is out of bound.
4844          */
4845         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4846                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4847                 return NULL;
4848         }
4849
4850         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4851         alloc_mask = gfp_mask;
4852         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4853                 return NULL;
4854
4855         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4856
4857         /*
4858          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4859          * memory until all local zones are considered.
4860          */
4861         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4862
4863         /* First allocation attempt */
4864         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4865         if (likely(page))
4866                 goto out;
4867
4868         /*
4869          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4870          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4871          * from a particular context which has been marked by
4872          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4873          */
4874         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4875         ac.spread_dirty_pages = false;
4876
4877         /*
4878          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4879          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4880          */
4881         ac.nodemask = nodemask;
4882
4883         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4884
4885 out:
4886         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4887             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4888                 __free_pages(page, order);
4889                 page = NULL;
4890         }
4891
4892         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4893
4894         return page;
4895 }
4896 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4897
4898 /*
4899  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4900  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4901  * you need to access high mem.
4902  */
4903 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4904 {
4905         struct page *page;
4906
4907         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4908         if (!page)
4909                 return 0;
4910         return (unsigned long) page_address(page);
4911 }
4912 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4913
4914 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4915 {
4916         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4917 }
4918 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4919
4920 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4921 {
4922         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4923                 free_unref_page(page);
4924         else
4925                 __free_pages_ok(page, order);
4926 }
4927
4928 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4929 {
4930         if (put_page_testzero(page))
4931                 free_the_page(page, order);
4932 }
4933 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4934
4935 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4936 {
4937         if (addr != 0) {
4938                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4939                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4940         }
4941 }
4942
4943 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4944
4945 /*
4946  * Page Fragment:
4947  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4948  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4949  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4950  *
4951  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4952  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4953  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4954  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4955  */
4956 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4957                                              gfp_t gfp_mask)
4958 {
4959         struct page *page = NULL;
4960         gfp_t gfp = gfp_mask;
4961
4962 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4963         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4964                     __GFP_NOMEMALLOC;
4965         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4966                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4967         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4968 #endif
4969         if (unlikely(!page))
4970                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4971
4972         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4973
4974         return page;
4975 }
4976
4977 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4978 {
4979         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4980
4981         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4982                 free_the_page(page, compound_order(page));
4983 }
4984 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4985
4986 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4987                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4988 {
4989         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4990         struct page *page;
4991         int offset;
4992
4993         if (unlikely(!nc->va)) {
4994 refill:
4995                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4996                 if (!page)
4997                         return NULL;
4998
4999 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5000                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5001                 size = nc->size;
5002 #endif
5003                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5004                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5005                  */
5006                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5007
5008                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5009                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5010                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5011                 nc->offset = size;
5012         }
5013
5014         offset = nc->offset - fragsz;
5015         if (unlikely(offset < 0)) {
5016                 page = virt_to_page(nc->va);
5017
5018                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5019                         goto refill;
5020
5021 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5022                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5023                 size = nc->size;
5024 #endif
5025                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5026                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5027
5028                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5029                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5030                 offset = size - fragsz;
5031         }
5032
5033         nc->pagecnt_bias--;
5034         nc->offset = offset;
5035
5036         return nc->va + offset;
5037 }
5038 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
5039
5040 /*
5041  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5042  */
5043 void page_frag_free(void *addr)
5044 {
5045         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5046
5047         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5048                 free_the_page(page, compound_order(page));
5049 }
5050 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5051
5052 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5053                 size_t size)
5054 {
5055         if (addr) {
5056                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5057                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5058
5059                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5060                 while (used < alloc_end) {
5061                         free_page(used);
5062                         used += PAGE_SIZE;
5063                 }
5064         }
5065         return (void *)addr;
5066 }
5067
5068 /**
5069  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5070  * @size: the number of bytes to allocate
5071  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5072  *
5073  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5074  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5075  * allocate memory in power-of-two pages.
5076  *
5077  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5078  *
5079  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5080  *
5081  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5082  */
5083 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5084 {
5085         unsigned int order = get_order(size);
5086         unsigned long addr;
5087
5088         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5089                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5090
5091         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5092         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5093 }
5094 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5095
5096 /**
5097  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5098  *                         pages on a node.
5099  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5100  * @size: the number of bytes to allocate
5101  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5102  *
5103  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5104  * back.
5105  *
5106  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5107  */
5108 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5109 {
5110         unsigned int order = get_order(size);
5111         struct page *p;
5112
5113         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5114                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5115
5116         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5117         if (!p)
5118                 return NULL;
5119         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5120 }
5121
5122 /**
5123  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5124  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5125  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5126  *
5127  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5128  */
5129 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5130 {
5131         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5132         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5133
5134         while (addr < end) {
5135                 free_page(addr);
5136                 addr += PAGE_SIZE;
5137         }
5138 }
5139 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5140
5141 /**
5142  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5143  * @offset: The zone index of the highest zone
5144  *
5145  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5146  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5147  * zone, the number of pages is calculated as:
5148  *
5149  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5150  *
5151  * Return: number of pages beyond high watermark.
5152  */
5153 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5154 {
5155         struct zoneref *z;
5156         struct zone *zone;
5157
5158         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5159         unsigned long sum = 0;
5160
5161         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5162
5163         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5164                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5165                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5166                 if (size > high)
5167                         sum += size - high;
5168         }
5169
5170         return sum;
5171 }
5172
5173 /**
5174  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5175  *
5176  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5177  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5178  *
5179  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5180  * ZONE_NORMAL.
5181  */
5182 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5183 {
5184         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5185 }
5186 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5187
5188 static inline void show_node(struct zone *zone)
5189 {
5190         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5191                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5192 }
5193
5194 long si_mem_available(void)
5195 {
5196         long available;
5197         unsigned long pagecache;
5198         unsigned long wmark_low = 0;
5199         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5200         unsigned long reclaimable;
5201         struct zone *zone;
5202         int lru;
5203
5204         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5205                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5206
5207         for_each_zone(zone)
5208                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5209
5210         /*
5211          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5212          * without causing swapping.
5213          */
5214         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5215
5216         /*
5217          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5218          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5219          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5220          */
5221         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5222         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5223         available += pagecache;
5224
5225         /*
5226          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5227          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5228          * low watermark.
5229          */
5230         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5231                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5232         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5233
5234         if (available < 0)
5235                 available = 0;
5236         return available;
5237 }
5238 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5239
5240 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5241 {
5242         val->totalram = totalram_pages();
5243         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5244         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5245         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5246         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5247         val->freehigh = nr_free_highpages();
5248         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5249 }
5250
5251 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5252
5253 #ifdef CONFIG_NUMA
5254 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5255 {
5256         int zone_type;          /* needs to be signed */
5257         unsigned long managed_pages = 0;
5258         unsigned long managed_highpages = 0;
5259         unsigned long free_highpages = 0;
5260         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5261
5262         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5263                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5264         val->totalram = managed_pages;
5265         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5266         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5267 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5268         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5269                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5270
5271                 if (is_highmem(zone)) {
5272                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5273                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5274                 }
5275         }
5276         val->totalhigh = managed_highpages;
5277         val->freehigh = free_highpages;
5278 #else
5279         val->totalhigh = managed_highpages;
5280         val->freehigh = free_highpages;
5281 #endif
5282         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5283 }
5284 #endif
5285
5286 /*
5287  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5288  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5289  */
5290 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5291 {
5292         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5293                 return false;
5294
5295         /*
5296          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5297          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5298          * have to be precise here.
5299          */
5300         if (!nodemask)
5301                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5302
5303         return !node_isset(nid, *nodemask);
5304 }
5305
5306 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5307
5308 static void show_migration_types(unsigned char type)
5309 {
5310         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5311                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5312                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5313                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5314                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5315 #ifdef CONFIG_CMA
5316                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5317 #endif
5318 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5319                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5320 #endif
5321         };
5322         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5323         char *p = tmp;
5324         int i;
5325
5326         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5327                 if (type & (1 << i))
5328                         *p++ = types[i];
5329         }
5330
5331         *p = '\0';
5332         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5333 }
5334
5335 /*
5336  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5337  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5338  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5339  *
5340  * Bits in @filter:
5341  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5342  *   cpuset.
5343  */
5344 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5345 {
5346         unsigned long free_pcp = 0;
5347         int cpu;
5348         struct zone *zone;
5349         pg_data_t *pgdat;
5350
5351         for_each_populated_zone(zone) {
5352                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5353                         continue;
5354
5355                 for_each_online_cpu(cpu)
5356                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5357         }
5358
5359         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5360                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5361                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5362                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5363                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5364                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5365                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5366                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5367                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5368                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5369                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5370                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5371                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5372                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5373                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5374                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5375                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5376                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5377                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5378                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5379                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5380                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5381                 free_pcp,
5382                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5383
5384         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5385                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5386                         continue;
5387
5388                 printk("Node %d"
5389                         " active_anon:%lukB"
5390                         " inactive_anon:%lukB"
5391                         " active_file:%lukB"
5392                         " inactive_file:%lukB"
5393                         " unevictable:%lukB"
5394                         " isolated(anon):%lukB"
5395                         " isolated(file):%lukB"
5396                         " mapped:%lukB"
5397                         " dirty:%lukB"
5398                         " writeback:%lukB"
5399                         " shmem:%lukB"
5400 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5401                         " shmem_thp: %lukB"
5402                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5403                         " anon_thp: %lukB"
5404 #endif
5405                         " writeback_tmp:%lukB"
5406                         " kernel_stack:%lukB"
5407 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5408                         " shadow_call_stack:%lukB"
5409 #endif
5410                         " all_unreclaimable? %s"
5411                         "\n",
5412                         pgdat->node_id,
5413                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5414                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5415                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5416                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5417                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5418                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5419                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5420                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5421                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5422                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5423                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5424 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5425                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5426                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5427                                         * HPAGE_PMD_NR),
5428                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5429 #endif
5430                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5431                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5432 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5433                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5434 #endif
5435                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5436                                 "yes" : "no");
5437         }
5438
5439         for_each_populated_zone(zone) {
5440                 int i;
5441
5442                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5443                         continue;
5444
5445                 free_pcp = 0;
5446                 for_each_online_cpu(cpu)
5447                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5448
5449                 show_node(zone);
5450                 printk(KERN_CONT
5451                         "%s"
5452                         " free:%lukB"
5453                         " min:%lukB"
5454                         " low:%lukB"
5455                         " high:%lukB"
5456                         " reserved_highatomic:%luKB"
5457                         " active_anon:%lukB"
5458                         " inactive_anon:%lukB"
5459                         " active_file:%lukB"
5460                         " inactive_file:%lukB"
5461                         " unevictable:%lukB"
5462                         " writepending:%lukB"
5463                         " present:%lukB"
5464                         " managed:%lukB"
5465                         " mlocked:%lukB"
5466                         " pagetables:%lukB"
5467                         " bounce:%lukB"
5468                         " free_pcp:%lukB"
5469                         " local_pcp:%ukB"
5470                         " free_cma:%lukB"
5471                         "\n",
5472                         zone->name,
5473                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5474                         K(min_wmark_pages(zone)),
5475                         K(low_wmark_pages(zone)),
5476                         K(high_wmark_pages(zone)),
5477                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5478                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5479                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5480                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5481                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5482                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5483                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5484                         K(zone->present_pages),
5485                         K(zone_managed_pages(zone)),
5486                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5487                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5488                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5489                         K(free_pcp),
5490                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5491                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5492                 printk("lowmem_reserve[]:");
5493                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5494                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5495                 printk(KERN_CONT "\n");
5496         }
5497
5498         for_each_populated_zone(zone) {
5499                 unsigned int order;
5500                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5501                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5502
5503                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5504                         continue;
5505                 show_node(zone);
5506                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5507
5508                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5509                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5510                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5511                         int type;
5512
5513                         nr[order] = area->nr_free;
5514                         total += nr[order] << order;
5515
5516                         types[order] = 0;
5517                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5518                                 if (!free_area_empty(area, type))
5519                                         types[order] |= 1 << type;
5520                         }
5521                 }
5522                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5523                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5524                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5525                                nr[order], K(1UL) << order);
5526                         if (nr[order])
5527                                 show_migration_types(types[order]);
5528                 }
5529                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5530         }
5531
5532         hugetlb_show_meminfo();
5533
5534         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5535
5536         show_swap_cache_info();
5537 }
5538
5539 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5540 {
5541         zoneref->zone = zone;
5542         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5543 }
5544
5545 /*
5546  * Builds allocation fallback zone lists.
5547  *
5548  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5549  */
5550 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5551 {
5552         struct zone *zone;
5553         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5554         int nr_zones = 0;
5555
5556         do {
5557                 zone_type--;
5558                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5559                 if (managed_zone(zone)) {
5560                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5561                         check_highest_zone(zone_type);
5562                 }
5563         } while (zone_type);
5564
5565         return nr_zones;
5566 }
5567
5568 #ifdef CONFIG_NUMA
5569
5570 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5571 {
5572         /*
5573          * We used to support different zonlists modes but they turned
5574          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5575          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5576          * not fail it silently
5577          */
5578         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5579                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5580                 return -EINVAL;
5581         }
5582         return 0;
5583 }
5584
5585 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5586
5587 /*
5588  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5589  */
5590 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5591                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5592 {
5593         if (write)
5594                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5595         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5596 }
5597
5598
5599 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5600 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5601
5602 /**
5603  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5604  * @node: node whose fallback list we're appending
5605  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5606  *
5607  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5608  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5609  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5610  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5611  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5612  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5613  * on them otherwise.
5614  *
5615  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5616  */
5617 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5618 {
5619         int n, val;
5620         int min_val = INT_MAX;
5621         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5622         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5623
5624         /* Use the local node if we haven't already */
5625         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5626                 node_set(node, *used_node_mask);
5627                 return node;
5628         }
5629
5630         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5631
5632                 /* Don't want a node to appear more than once */
5633                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5634                         continue;
5635
5636                 /* Use the distance array to find the distance */
5637                 val = node_distance(node, n);
5638
5639                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5640                 val += (n < node);
5641
5642                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5643                 tmp = cpumask_of_node(n);
5644                 if (!cpumask_empty(tmp))
5645                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5646
5647                 /* Slight preference for less loaded node */
5648                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5649                 val += node_load[n];
5650
5651                 if (val < min_val) {
5652                         min_val = val;
5653                         best_node = n;
5654                 }
5655         }
5656
5657         if (best_node >= 0)
5658                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5659
5660         return best_node;
5661 }
5662
5663
5664 /*
5665  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5666  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5667  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5668  */
5669 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5670                 unsigned nr_nodes)
5671 {
5672         struct zoneref *zonerefs;
5673         int i;
5674
5675         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5676
5677         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5678                 int nr_zones;
5679
5680                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5681
5682                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5683                 zonerefs += nr_zones;
5684         }
5685         zonerefs->zone = NULL;
5686         zonerefs->zone_idx = 0;
5687 }
5688
5689 /*
5690  * Build gfp_thisnode zonelists
5691  */
5692 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5693 {
5694         struct zoneref *zonerefs;
5695         int nr_zones;
5696
5697         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5698         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5699         zonerefs += nr_zones;
5700         zonerefs->zone = NULL;
5701         zonerefs->zone_idx = 0;
5702 }
5703
5704 /*
5705  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5706  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5707  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5708  * may still exist in local DMA zone.
5709  */
5710
5711 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5712 {
5713         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5714         int node, load, nr_nodes = 0;
5715         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5716         int local_node, prev_node;
5717
5718         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5719         local_node = pgdat->node_id;
5720         load = nr_online_nodes;
5721         prev_node = local_node;
5722
5723         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5724         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5725                 /*
5726                  * We don't want to pressure a particular node.
5727                  * So adding penalty to the first node in same
5728                  * distance group to make it round-robin.
5729                  */
5730                 if (node_distance(local_node, node) !=
5731                     node_distance(local_node, prev_node))
5732                         node_load[node] = load;
5733
5734                 node_order[nr_nodes++] = node;
5735                 prev_node = node;
5736                 load--;
5737         }
5738
5739         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5740         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5741 }
5742
5743 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5744 /*
5745  * Return node id of node used for "local" allocations.
5746  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5747  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5748  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5749  */
5750 int local_memory_node(int node)
5751 {
5752         struct zoneref *z;
5753
5754         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5755                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5756                                    NULL);
5757         return zone_to_nid(z->zone);
5758 }
5759 #endif
5760
5761 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5762 static void setup_min_slab_ratio(void);
5763 #else   /* CONFIG_NUMA */
5764
5765 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5766 {
5767         int node, local_node;
5768         struct zoneref *zonerefs;
5769         int nr_zones;
5770
5771         local_node = pgdat->node_id;
5772
5773         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5774         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5775         zonerefs += nr_zones;
5776
5777         /*
5778          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5779          * of all the other nodes.
5780          * We don't want to pressure a particular node, so when
5781          * building the zones for node N, we make sure that the
5782          * zones coming right after the local ones are those from
5783          * node N+1 (modulo N)
5784          */
5785         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5786                 if (!node_online(node))
5787                         continue;
5788                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5789                 zonerefs += nr_zones;
5790         }
5791         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5792                 if (!node_online(node))
5793                         continue;
5794                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5795                 zonerefs += nr_zones;
5796         }
5797
5798         zonerefs->zone = NULL;
5799         zonerefs->zone_idx = 0;
5800 }
5801
5802 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5803
5804 /*
5805  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5806  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5807  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5808  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5809  * with interrupts disabled.
5810  *
5811  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5812  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5813  * hotplugged processors.
5814  *
5815  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5816  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5817  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5818  */
5819 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5820 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5821 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5822
5823 static void __build_all_zonelists(void *data)
5824 {
5825         int nid;
5826         int __maybe_unused cpu;
5827         pg_data_t *self = data;
5828         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5829
5830         spin_lock(&lock);
5831
5832 #ifdef CONFIG_NUMA
5833         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5834 #endif
5835
5836         /*
5837          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5838          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5839          */
5840         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5841                 build_zonelists(self);
5842         } else {
5843                 for_each_online_node(nid) {
5844                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5845
5846                         build_zonelists(pgdat);
5847                 }
5848
5849 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5850                 /*
5851                  * We now know the "local memory node" for each node--
5852                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5853                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5854                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5855                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5856                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5857                  */
5858                 for_each_online_cpu(cpu)
5859                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5860 #endif
5861         }
5862
5863         spin_unlock(&lock);
5864 }
5865
5866 static noinline void __init
5867 build_all_zonelists_init(void)
5868 {
5869         int cpu;
5870
5871         __build_all_zonelists(NULL);
5872
5873         /*
5874          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5875          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5876          * each zone will be allocated later when the per cpu
5877          * allocator is available.
5878          *
5879          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5880          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5881          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5882          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5883          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5884          * (a chicken-egg dilemma).
5885          */
5886         for_each_possible_cpu(cpu)
5887                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5888
5889         mminit_verify_zonelist();
5890         cpuset_init_current_mems_allowed();
5891 }
5892
5893 /*
5894  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5895  *
5896  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5897  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5898  */
5899 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5900 {
5901         unsigned long vm_total_pages;
5902
5903         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5904                 build_all_zonelists_init();
5905         } else {
5906                 __build_all_zonelists(pgdat);
5907                 /* cpuset refresh routine should be here */
5908         }
5909         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
5910         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5911         /*
5912          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5913          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5914          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5915          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5916          * disabled and enable it later
5917          */
5918         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5919                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5920         else
5921                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5922
5923         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5924                 nr_online_nodes,
5925                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5926                 vm_total_pages);
5927 #ifdef CONFIG_NUMA
5928         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5929 #endif
5930 }
5931
5932 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5933 static bool __meminit
5934 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5935 {
5936         static struct memblock_region *r;
5937
5938         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5939                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5940                         for_each_memblock(memory, r) {
5941                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5942                                         break;
5943                         }
5944                 }
5945                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5946                     memblock_is_mirror(r)) {
5947                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5948                         return true;
5949                 }
5950         }
5951         return false;
5952 }
5953
5954 /*
5955  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5956  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5957  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5958  */
5959 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5960                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5961                 struct vmem_altmap *altmap)
5962 {
5963         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5964         struct page *page;
5965
5966         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5967                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5968
5969 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5970         /*
5971          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5972          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5973          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5974          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5975          * the hotplug lock.
5976          */
5977         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5978                 if (!altmap)
5979                         return;
5980
5981                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5982                         start_pfn += altmap->reserve;
5983                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5984         }
5985 #endif
5986
5987         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
5988                 /*
5989                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5990                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5991                  */
5992                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5993                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
5994                                 continue;
5995                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
5996                                 break;
5997                 }
5998
5999                 page = pfn_to_page(pfn);
6000                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6001                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
6002                         __SetPageReserved(page);
6003
6004                 /*
6005                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6006                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6007                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6008                  * the address space during boot when many long-lived
6009                  * kernel allocations are made.
6010                  *
6011                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6012                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6013                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6014                  * pfn out of zone.
6015                  */
6016                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6017                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6018                         cond_resched();
6019                 }
6020                 pfn++;
6021         }
6022 }
6023
6024 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6025 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6026                                    unsigned long start_pfn,
6027                                    unsigned long nr_pages,
6028                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6029 {
6030         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6031         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6032         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6033         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6034         unsigned long start = jiffies;
6035         int nid = pgdat->node_id;
6036
6037         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6038                 return;
6039
6040         /*
6041          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
6042          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6043          * the end of that region and start processing the device pages.
6044          */
6045         if (altmap) {
6046                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6047                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6048         }
6049
6050         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6051                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6052
6053                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6054
6055                 /*
6056                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6057                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6058                  *
6059                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6060                  * the flag as we are still initializing the pages.
6061                  */
6062                 __SetPageReserved(page);
6063
6064                 /*
6065                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6066                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6067                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6068                  */
6069                 page->pgmap = pgmap;
6070                 page->zone_device_data = NULL;
6071
6072                 /*
6073                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6074                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6075                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6076                  * the address space during boot when many long-lived
6077                  * kernel allocations are made.
6078                  *
6079                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6080                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6081                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6082                  * pfn out of zone.
6083                  *
6084                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6085                  * because this is done early in section_activate()
6086                  */
6087                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6088                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6089                         cond_resched();
6090                 }
6091         }
6092
6093         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6094                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6095 }
6096
6097 #endif
6098 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6099 {
6100         unsigned int order, t;
6101         for_each_migratetype_order(order, t) {
6102                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6103                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6104         }
6105 }
6106
6107 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6108                                   unsigned long zone,
6109                                   unsigned long range_start_pfn)
6110 {
6111         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6112         unsigned long range_end_pfn = range_start_pfn + size;
6113         int i;
6114
6115         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6116                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6117                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6118
6119                 if (end_pfn > start_pfn) {
6120                         size = end_pfn - start_pfn;
6121                         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn,
6122                                          MEMMAP_EARLY, NULL);
6123                 }
6124         }
6125 }
6126
6127 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6128 {
6129 #ifdef CONFIG_MMU
6130         int batch;
6131
6132         /*
6133          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6134          * size of the zone.
6135          */
6136         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6137         /* But no more than a meg. */
6138         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6139                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6140         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6141         if (batch < 1)
6142                 batch = 1;
6143
6144         /*
6145          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6146          * of 2 value was found to be more likely to have
6147          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6148          *
6149          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6150          * batches of pages, one task can end up with a lot
6151          * of pages of one half of the possible page colors
6152          * and the other with pages of the other colors.
6153          */
6154         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6155
6156         return batch;
6157
6158 #else
6159         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6160          * conditions.
6161          *
6162          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6163          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6164          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6165          *
6166          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6167          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6168          * can be a significant delay between the individual batches being
6169          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6170          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6171          */
6172         return 0;
6173 #endif
6174 }
6175
6176 /*
6177  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6178  * ->batch must never be higher then ->high.
6179  * The following function updates them in a safe manner without read side
6180  * locking.
6181  *
6182  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6183  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
6184  *
6185  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6186  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6187  * exist).
6188  */
6189 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6190                 unsigned long batch)
6191 {
6192        /* start with a fail safe value for batch */
6193         pcp->batch = 1;
6194         smp_wmb();
6195
6196        /* Update high, then batch, in order */
6197         pcp->high = high;
6198         smp_wmb();
6199
6200         pcp->batch = batch;
6201 }
6202
6203 /* a companion to pageset_set_high() */
6204 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6205 {
6206         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6207 }
6208
6209 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6210 {
6211         struct per_cpu_pages *pcp;
6212         int migratetype;
6213
6214         memset(p, 0, sizeof(*p));
6215
6216         pcp = &p->pcp;
6217         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6218                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6219 }
6220
6221 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6222 {
6223         pageset_init(p);
6224         pageset_set_batch(p, batch);
6225 }
6226
6227 /*
6228  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6229  * to the value high for the pageset p.
6230  */
6231 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6232                                 unsigned long high)
6233 {
6234         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6235         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6236                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6237
6238         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6239 }
6240
6241 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6242                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6243 {
6244         if (percpu_pagelist_fraction)
6245                 pageset_set_high(pcp,
6246                         (zone_managed_pages(zone) /
6247                                 percpu_pagelist_fraction));
6248         else
6249                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6250 }
6251
6252 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6253 {
6254         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6255
6256         pageset_init(pcp);
6257         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6258 }
6259
6260 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6261 {
6262         int cpu;
6263         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6264         for_each_possible_cpu(cpu)
6265                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6266 }
6267
6268 /*
6269  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6270  * Before this call only boot pagesets were available.
6271  */
6272 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6273 {
6274         struct pglist_data *pgdat;
6275         struct zone *zone;
6276         int __maybe_unused cpu;
6277
6278         for_each_populated_zone(zone)
6279                 setup_zone_pageset(zone);
6280
6281 #ifdef CONFIG_NUMA
6282         /*
6283          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6284          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6285          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6286          * the nodes these zones are associated with.
6287          */
6288         for_each_possible_cpu(cpu) {
6289                 struct per_cpu_pageset *pcp = &per_cpu(boot_pageset, cpu);
6290                 memset(pcp->vm_numa_stat_diff, 0,
6291                        sizeof(pcp->vm_numa_stat_diff));
6292         }
6293 #endif
6294
6295         for_each_online_pgdat(pgdat)
6296                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6297                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6298 }
6299
6300 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6301 {
6302         /*
6303          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6304          * relies on the ability of the linker to provide the
6305          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6306          */
6307         zone->pageset = &boot_pageset;
6308
6309         if (populated_zone(zone))
6310                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6311                         zone->name, zone->present_pages,
6312                                          zone_batchsize(zone));
6313 }
6314
6315 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6316                                         unsigned long zone_start_pfn,
6317                                         unsigned long size)
6318 {
6319         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6320         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6321
6322         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6323                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6324
6325         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6326
6327         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6328                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6329                         pgdat->node_id,
6330                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6331                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6332
6333         zone_init_free_lists(zone);
6334         zone->initialized = 1;
6335 }
6336
6337 /**
6338  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6339  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6340  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6341  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6342  *
6343  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6344  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6345  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6346  * PFNs will be 0.
6347  */
6348 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6349                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6350 {
6351         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6352         int i;
6353
6354         *start_pfn = -1UL;
6355         *end_pfn = 0;
6356
6357         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6358                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6359                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6360         }
6361
6362         if (*start_pfn == -1UL)
6363                 *start_pfn = 0;
6364 }
6365
6366 /*
6367  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6368  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6369  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6370  */
6371 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6372 {
6373         int zone_index;
6374         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6375                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6376                         continue;
6377
6378                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6379                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6380                         break;
6381         }
6382
6383         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6384         movable_zone = zone_index;
6385 }
6386
6387 /*
6388  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6389  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6390  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6391  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6392  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6393  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6394  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6395  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6396  */
6397 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6398                                         unsigned long zone_type,
6399                                         unsigned long node_start_pfn,
6400                                         unsigned long node_end_pfn,
6401                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6402                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6403 {
6404         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6405         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6406                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6407                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6408                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6409                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6410                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6411
6412                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6413                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6414                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6415                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6416                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6417
6418                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6419                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6420                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6421         }
6422 }
6423
6424 /*
6425  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6426  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6427  */
6428 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6429                                         unsigned long zone_type,
6430                                         unsigned long node_start_pfn,
6431                                         unsigned long node_end_pfn,
6432                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6433                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6434 {
6435         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6436         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6437         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6438         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6439                 return 0;
6440
6441         /* Get the start and end of the zone */
6442         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6443         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6444         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6445                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6446                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6447
6448         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6449         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6450                 return 0;
6451
6452         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6453         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6454         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6455
6456         /* Return the spanned pages */
6457         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6458 }
6459
6460 /*
6461  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6462  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6463  */
6464 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6465                                 unsigned long range_start_pfn,
6466                                 unsigned long range_end_pfn)
6467 {
6468         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6469         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6470         int i;
6471
6472         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6473                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6474                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6475                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6476         }
6477         return nr_absent;
6478 }
6479
6480 /**
6481  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6482  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6483  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6484  *
6485  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6486  */
6487 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6488                                                         unsigned long end_pfn)
6489 {
6490         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6491 }
6492
6493 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6494 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6495                                         unsigned long zone_type,
6496                                         unsigned long node_start_pfn,
6497                                         unsigned long node_end_pfn)
6498 {
6499         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6500         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6501         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6502         unsigned long nr_absent;
6503
6504         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6505         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6506                 return 0;
6507
6508         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6509         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6510
6511         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6512                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6513                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6514         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6515
6516         /*
6517          * ZONE_MOVABLE handling.
6518          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6519          * and vice versa.
6520          */
6521         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6522                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6523                 struct memblock_region *r;
6524
6525                 for_each_memblock(memory, r) {
6526                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6527                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6528                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6529                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6530
6531                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6532                             memblock_is_mirror(r))
6533                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6534
6535                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6536                             !memblock_is_mirror(r))
6537                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6538                 }
6539         }
6540
6541         return nr_absent;
6542 }
6543
6544 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6545                                                 unsigned long node_start_pfn,
6546                                                 unsigned long node_end_pfn)
6547 {
6548         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6549         enum zone_type i;
6550
6551         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6552                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6553                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6554                 unsigned long spanned, absent;
6555                 unsigned long size, real_size;
6556
6557                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6558                                                      node_start_pfn,
6559                                                      node_end_pfn,
6560                                                      &zone_start_pfn,
6561                                                      &zone_end_pfn);
6562                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6563                                                    node_start_pfn,
6564                                                    node_end_pfn);
6565
6566                 size = spanned;
6567                 real_size = size - absent;
6568
6569                 if (size)
6570                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6571                 else
6572                         zone->zone_start_pfn = 0;
6573                 zone->spanned_pages = size;
6574                 zone->present_pages = real_size;
6575
6576                 totalpages += size;
6577                 realtotalpages += real_size;
6578         }
6579
6580         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6581         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6582         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6583                                                         realtotalpages);
6584 }
6585
6586 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6587 /*
6588  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6589  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6590  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6591  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6592  * bytes.
6593  */
6594 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6595 {
6596         unsigned long usemapsize;
6597
6598         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6599         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6600         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6601         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6602         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6603
6604         return usemapsize / 8;
6605 }
6606
6607 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6608                                 struct zone *zone,
6609                                 unsigned long zone_start_pfn,
6610                                 unsigned long zonesize)
6611 {
6612         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6613         zone->pageblock_flags = NULL;
6614         if (usemapsize) {
6615                 zone->pageblock_flags =
6616                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6617                                             pgdat->node_id);
6618                 if (!zone->pageblock_flags)
6619                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6620                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6621         }
6622 }
6623 #else
6624 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6625                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6626 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6627
6628 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6629
6630 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6631 void __init set_pageblock_order(void)
6632 {
6633         unsigned int order;
6634
6635         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6636         if (pageblock_order)
6637                 return;
6638
6639         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6640                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6641         else
6642                 order = MAX_ORDER - 1;
6643
6644         /*
6645          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6646          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6647          * powerpc.
6648          */
6649         pageblock_order = order;
6650 }
6651 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6652
6653 /*
6654  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6655  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6656  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6657  * the kernel config
6658  */
6659 void __init set_pageblock_order(void)
6660 {
6661 }
6662
6663 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6664
6665 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6666                                                 unsigned long present_pages)
6667 {
6668         unsigned long pages = spanned_pages;
6669
6670         /*
6671          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6672          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6673          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6674          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6675          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6676          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6677          */
6678         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6679             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6680                 pages = present_pages;
6681
6682         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6683 }
6684
6685 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6686 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6687 {
6688         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6689
6690         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6691         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6692         ds_queue->split_queue_len = 0;
6693 }
6694 #else
6695 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6696 #endif
6697
6698 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6699 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6700 {
6701         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6702 }
6703 #else
6704 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6705 #endif
6706
6707 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6708 {
6709         pgdat_resize_init(pgdat);
6710
6711         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6712         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6713
6714         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6715         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6716
6717         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6718         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6719         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
6720 }
6721
6722 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6723                                                         unsigned long remaining_pages)
6724 {
6725         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6726         zone_set_nid(zone, nid);
6727         zone->name = zone_names[idx];
6728         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6729         spin_lock_init(&zone->lock);
6730         zone_seqlock_init(zone);
6731         zone_pcp_init(zone);
6732 }
6733
6734 /*
6735  * Set up the zone data structures
6736  * - init pgdat internals
6737  * - init all zones belonging to this node
6738  *
6739  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6740  */
6741 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6742 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6743 {
6744         enum zone_type z;
6745         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6746
6747         pgdat_init_internals(pgdat);
6748         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6749                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6750 }
6751 #endif
6752
6753 /*
6754  * Set up the zone data structures:
6755  *   - mark all pages reserved
6756  *   - mark all memory queues empty
6757  *   - clear the memory bitmaps
6758  *
6759  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6760  * NOTE: this function is only called during early init.
6761  */
6762 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6763 {
6764         enum zone_type j;
6765         int nid = pgdat->node_id;
6766
6767         pgdat_init_internals(pgdat);
6768         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6769
6770         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6771                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6772                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6773                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6774
6775                 size = zone->spanned_pages;
6776                 freesize = zone->present_pages;
6777
6778                 /*
6779                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6780                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6781                  * and per-cpu initialisations
6782                  */
6783                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6784                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6785                         if (freesize >= memmap_pages) {
6786                                 freesize -= memmap_pages;
6787                                 if (memmap_pages)
6788                                         printk(KERN_DEBUG
6789                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6790                                                zone_names[j], memmap_pages);
6791                         } else
6792                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6793                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6794                 }
6795
6796                 /* Account for reserved pages */
6797                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6798                         freesize -= dma_reserve;
6799                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6800                                         zone_names[0], dma_reserve);
6801                 }
6802
6803                 if (!is_highmem_idx(j))
6804                         nr_kernel_pages += freesize;
6805                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6806                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6807                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6808                 nr_all_pages += freesize;
6809
6810                 /*
6811                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6812                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6813                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6814                  */
6815                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6816
6817                 if (!size)
6818                         continue;
6819
6820                 set_pageblock_order();
6821                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6822                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6823                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6824         }
6825 }
6826
6827 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6828 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6829 {
6830         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6831         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6832
6833         /* Skip empty nodes */
6834         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6835                 return;
6836
6837         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6838         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6839         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6840         if (!pgdat->node_mem_map) {
6841                 unsigned long size, end;
6842                 struct page *map;
6843
6844                 /*
6845                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6846                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6847                  * for the buddy allocator to function correctly.
6848                  */
6849                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6850                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6851                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6852                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6853                                           pgdat->node_id);
6854                 if (!map)
6855                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6856                               size, pgdat->node_id);
6857                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6858         }
6859         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6860                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6861                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6862 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6863         /*
6864          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6865          */
6866         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6867                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6868                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6869                         mem_map -= offset;
6870         }
6871 #endif
6872 }
6873 #else
6874 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6875 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6876
6877 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6878 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6879 {
6880         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6881 }
6882 #else
6883 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6884 #endif
6885
6886 static void __init free_area_init_node(int nid)
6887 {
6888         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6889         unsigned long start_pfn = 0;
6890         unsigned long end_pfn = 0;
6891
6892         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6893         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
6894
6895         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6896
6897         pgdat->node_id = nid;
6898         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
6899         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6900
6901         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6902                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6903                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6904         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
6905
6906         alloc_node_mem_map(pgdat);
6907         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6908
6909         free_area_init_core(pgdat);
6910 }
6911
6912 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
6913 {
6914         free_area_init_node(nid);
6915 }
6916
6917 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6918 /*
6919  * Initialize all valid struct pages in the range [spfn, epfn) and mark them
6920  * PageReserved(). Return the number of struct pages that were initialized.
6921  */
6922 static u64 __init init_unavailable_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6923 {
6924         unsigned long pfn;
6925         u64 pgcnt = 0;
6926
6927         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6928                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6929                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6930                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6931                         continue;
6932                 }
6933                 /*
6934                  * Use a fake node/zone (0) for now. Some of these pages
6935                  * (in memblock.reserved but not in memblock.memory) will
6936                  * get re-initialized via reserve_bootmem_region() later.
6937                  */
6938                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, 0, 0);
6939                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6940                 pgcnt++;
6941         }
6942
6943         return pgcnt;
6944 }
6945
6946 /*
6947  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6948  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6949  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6950  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6951  * flags). We must explicitly initialize those struct pages.
6952  *
6953  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6954  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6955  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6956  * layout is manually configured via memmap=, or when the highest physical
6957  * address (max_pfn) does not end on a section boundary.
6958  */
6959 static void __init init_unavailable_mem(void)
6960 {
6961         phys_addr_t start, end;
6962         u64 i, pgcnt;
6963         phys_addr_t next = 0;
6964
6965         /*
6966          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6967          */
6968         pgcnt = 0;
6969         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6970                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6971                 if (next < start)
6972                         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
6973                                                         PFN_UP(start));
6974                 next = end;
6975         }
6976
6977         /*
6978          * Early sections always have a fully populated memmap for the whole
6979          * section - see pfn_valid(). If the last section has holes at the
6980          * end and that section is marked "online", the memmap will be
6981          * considered initialized. Make sure that memmap has a well defined
6982          * state.
6983          */
6984         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
6985                                         round_up(max_pfn, PAGES_PER_SECTION));
6986
6987         /*
6988          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6989          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6990          */
6991         if (pgcnt)
6992                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
6993 }
6994 #else
6995 static inline void __init init_unavailable_mem(void)
6996 {
6997 }
6998 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6999
7000 #if MAX_NUMNODES > 1
7001 /*
7002  * Figure out the number of possible node ids.
7003  */
7004 void __init setup_nr_node_ids(void)
7005 {
7006         unsigned int highest;
7007
7008         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7009         nr_node_ids = highest + 1;
7010 }
7011 #endif
7012
7013 /**
7014  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7015  *
7016  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7017  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7018  * all the nodes.
7019  *
7020  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7021  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7022  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7023  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7024  *
7025  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7026  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7027  * populated node map.
7028  *
7029  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7030  * requirement (single node).
7031  */
7032 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7033 {
7034         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7035         unsigned long start, end, mask;
7036         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7037         int i, nid;
7038
7039         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7040                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7041                         last_nid = nid;
7042                         last_end = end;
7043                         continue;
7044                 }
7045
7046                 /*
7047                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7048                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7049                  * too coarse to separate the current node from the last.
7050                  */
7051                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7052                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7053                         mask <<= 1;
7054
7055                 /* accumulate all internode masks */
7056                 accl_mask |= mask;
7057         }
7058
7059         /* convert mask to number of pages */
7060         return ~accl_mask + 1;
7061 }
7062
7063 /**
7064  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7065  *
7066  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7067  * memblock_set_node().
7068  */
7069 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7070 {
7071         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7072 }
7073
7074 /*
7075  * early_calculate_totalpages()
7076  * Sum pages in active regions for movable zone.
7077  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7078  */
7079 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7080 {
7081         unsigned long totalpages = 0;
7082         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7083         int i, nid;
7084
7085         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7086                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7087
7088                 totalpages += pages;
7089                 if (pages)
7090                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7091         }
7092         return totalpages;
7093 }
7094
7095 /*
7096  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7097  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7098  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7099  * others
7100  */
7101 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7102 {
7103         int i, nid;
7104         unsigned long usable_startpfn;
7105         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7106         /* save the state before borrow the nodemask */
7107         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7108         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7109         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7110         struct memblock_region *r;
7111
7112         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7113         find_usable_zone_for_movable();
7114
7115         /*
7116          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7117          * options.
7118          */
7119         if (movable_node_is_enabled()) {
7120                 for_each_memblock(memory, r) {
7121                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7122                                 continue;
7123
7124                         nid = memblock_get_region_node(r);
7125
7126                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7127                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7128                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7129                                 usable_startpfn;
7130                 }
7131
7132                 goto out2;
7133         }
7134
7135         /*
7136          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7137          */
7138         if (mirrored_kernelcore) {
7139                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7140
7141                 for_each_memblock(memory, r) {
7142                         if (memblock_is_mirror(r))
7143                                 continue;
7144
7145                         nid = memblock_get_region_node(r);
7146
7147                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7148
7149                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7150                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7151                                 continue;
7152                         }
7153
7154                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7155                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7156                                 usable_startpfn;
7157                 }
7158
7159                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7160                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7161
7162                 goto out2;
7163         }
7164
7165         /*
7166          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7167          * amount of necessary memory.
7168          */
7169         if (required_kernelcore_percent)
7170                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7171                                        10000UL;
7172         if (required_movablecore_percent)
7173                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7174                                         10000UL;
7175
7176         /*
7177          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7178          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7179          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7180          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7181          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7182          * what movablecore would have allowed.
7183          */
7184         if (required_movablecore) {
7185                 unsigned long corepages;
7186
7187                 /*
7188                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7189                  * was requested by the user
7190                  */
7191                 required_movablecore =
7192                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7193                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7194                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7195
7196                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7197         }
7198
7199         /*
7200          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7201          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7202          */
7203         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7204                 goto out;
7205
7206         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7207         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7208
7209 restart:
7210         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7211         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7212         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7213                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7214
7215                 /*
7216                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7217                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7218                  * amount of memory for the kernel
7219                  */
7220                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7221                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7222
7223                 /*
7224                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7225                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7226                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7227                  */
7228                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7229
7230                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7231                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7232                         unsigned long size_pages;
7233
7234                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7235                         if (start_pfn >= end_pfn)
7236                                 continue;
7237
7238                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7239                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7240                                 unsigned long kernel_pages;
7241                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7242                                                                 - start_pfn;
7243
7244                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7245                                                         kernelcore_remaining);
7246                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7247                                                         required_kernelcore);
7248
7249                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7250                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7251
7252                                         /*
7253                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7254                                          * that if we have to rebalance
7255                                          * kernelcore across nodes, we will
7256                                          * not double account here
7257                                          */
7258                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7259                                         continue;
7260                                 }
7261                                 start_pfn = usable_startpfn;
7262                         }
7263
7264                         /*
7265                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7266                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7267                          * number of pages used as kernelcore
7268                          */
7269                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7270                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7271                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7272                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7273
7274                         /*
7275                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7276                          * break if the kernelcore for this node has been
7277                          * satisfied
7278                          */
7279                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7280                                                                 size_pages);
7281                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7282                         if (!kernelcore_remaining)
7283                                 break;
7284                 }
7285         }
7286
7287         /*
7288          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7289          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7290          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7291          * satisfied
7292          */
7293         usable_nodes--;
7294         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7295                 goto restart;
7296
7297 out2:
7298         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7299         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7300                 zone_movable_pfn[nid] =
7301                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7302
7303 out:
7304         /* restore the node_state */
7305         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7306 }
7307
7308 /* Any regular or high memory on that node ? */
7309 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7310 {
7311         enum zone_type zone_type;
7312
7313         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7314                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7315                 if (populated_zone(zone)) {
7316                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7317                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7318                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7319                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7320                         break;
7321                 }
7322         }
7323 }
7324
7325 /*
7326  * Some architecturs, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7327  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7328  */
7329 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7330 {
7331         return false;
7332 }
7333
7334 /**
7335  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7336  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7337  *
7338  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7339  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7340  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7341  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7342  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7343  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7344  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7345  * at arch_max_dma_pfn.
7346  */
7347 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7348 {
7349         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7350         int i, nid, zone;
7351         bool descending;
7352
7353         /* Record where the zone boundaries are */
7354         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7355                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7356         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7357                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7358
7359         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7360         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7361
7362         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7363                 if (descending)
7364                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7365                 else
7366                         zone = i;
7367
7368                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7369                         continue;
7370
7371                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7372                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7373                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7374
7375                 start_pfn = end_pfn;
7376         }
7377
7378         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7379         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7380         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7381
7382         /* Print out the zone ranges */
7383         pr_info("Zone ranges:\n");
7384         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7385                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7386                         continue;
7387                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7388                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7389                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7390                         pr_cont("empty\n");
7391                 else
7392                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7393                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7394                                         << PAGE_SHIFT,
7395                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7396                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7397         }
7398
7399         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7400         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7401         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7402                 if (zone_movable_pfn[i])
7403                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7404                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7405         }
7406
7407         /*
7408          * Print out the early node map, and initialize the
7409          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7410          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7411          */
7412         pr_info("Early memory node ranges\n");
7413         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7414                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7415                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7416                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7417                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7418         }
7419
7420         /* Initialise every node */
7421         mminit_verify_pageflags_layout();
7422         setup_nr_node_ids();
7423         init_unavailable_mem();
7424         for_each_online_node(nid) {
7425                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7426                 free_area_init_node(nid);
7427
7428                 /* Any memory on that node */
7429                 if (pgdat->node_present_pages)
7430                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7431                 check_for_memory(pgdat, nid);
7432         }
7433 }
7434
7435 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7436                                      unsigned long *percent)
7437 {
7438         unsigned long long coremem;
7439         char *endptr;
7440
7441         if (!p)
7442                 return -EINVAL;
7443
7444         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7445         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7446         if (*endptr == '%') {
7447                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7448                 WARN_ON(coremem > 100);
7449
7450                 *percent = coremem;
7451         } else {
7452                 coremem = memparse(p, &p);
7453                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7454                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7455
7456                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7457                 *percent = 0UL;
7458         }
7459         return 0;
7460 }
7461
7462 /*
7463  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7464  * cannot be reclaimed or migrated.
7465  */
7466 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7467 {
7468         /* parse kernelcore=mirror */
7469         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7470                 mirrored_kernelcore = true;
7471                 return 0;
7472         }
7473
7474         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7475                                   &required_kernelcore_percent);
7476 }
7477
7478 /*
7479  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7480  * can be reclaimed or migrated.
7481  */
7482 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7483 {
7484         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7485                                   &required_movablecore_percent);
7486 }
7487
7488 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7489 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7490
7491 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7492 {
7493         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7494         totalram_pages_add(count);
7495 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7496         if (PageHighMem(page))
7497                 totalhigh_pages_add(count);
7498 #endif
7499 }
7500 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7501
7502 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7503 {
7504         void *pos;
7505         unsigned long pages = 0;
7506
7507         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7508         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7509         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7510                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7511                 void *direct_map_addr;
7512
7513                 /*
7514                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7515                  * because some architectures' virt_to_page()
7516                  * work with aliases.  Getting the direct map
7517                  * address ensures that we get a _writeable_
7518                  * alias for the memset().
7519                  */
7520                 direct_map_addr = page_address(page);
7521                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7522                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7523
7524                 free_reserved_page(page);
7525         }
7526
7527         if (pages && s)
7528                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7529                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7530
7531         return pages;
7532 }
7533
7534 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7535 void free_highmem_page(struct page *page)
7536 {
7537         __free_reserved_page(page);
7538         totalram_pages_inc();
7539         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7540         totalhigh_pages_inc();
7541 }
7542 #endif
7543
7544
7545 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7546 {
7547         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7548         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7549
7550         physpages = get_num_physpages();
7551         codesize = _etext - _stext;
7552         datasize = _edata - _sdata;
7553         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7554         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7555         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7556         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7557
7558         /*
7559          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7560          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7561          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7562          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7563          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7564          */
7565 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7566         do { \
7567                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7568                         size -= adj; \
7569         } while (0)
7570
7571         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7572                      _sinittext, init_code_size);
7573         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7574         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7575         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7576         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7577
7578 #undef  adj_init_size
7579
7580         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7581 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7582                 ", %luK highmem"
7583 #endif
7584                 "%s%s)\n",
7585                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7586                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7587                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7588                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7589                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7590                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7591 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7592                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7593 #endif
7594                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7595 }
7596
7597 /**
7598  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7599  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7600  *
7601  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7602  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7603  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7604  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7605  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7606  * smaller per-cpu batchsize.
7607  */
7608 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7609 {
7610         dma_reserve = new_dma_reserve;
7611 }
7612
7613 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7614 {
7615
7616         lru_add_drain_cpu(cpu);
7617         drain_pages(cpu);
7618
7619         /*
7620          * Spill the event counters of the dead processor
7621          * into the current processors event counters.
7622          * This artificially elevates the count of the current
7623          * processor.
7624          */
7625         vm_events_fold_cpu(cpu);
7626
7627         /*
7628          * Zero the differential counters of the dead processor
7629          * so that the vm statistics are consistent.
7630          *
7631          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7632          * race with what we are doing.
7633          */
7634         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7635         return 0;
7636 }
7637
7638 #ifdef CONFIG_NUMA
7639 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7640
7641 static int __init set_hashdist(char *str)
7642 {
7643         if (!str)
7644                 return 0;
7645         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7646         return 1;
7647 }
7648 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7649 #endif
7650
7651 void __init page_alloc_init(void)
7652 {
7653         int ret;
7654
7655 #ifdef CONFIG_NUMA
7656         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7657                 hashdist = 0;
7658 #endif
7659
7660         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7661                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7662                                         page_alloc_cpu_dead);
7663         WARN_ON(ret < 0);
7664 }
7665
7666 /*
7667  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7668  *      or min_free_kbytes changes.
7669  */
7670 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7671 {
7672         struct pglist_data *pgdat;
7673         unsigned long reserve_pages = 0;
7674         enum zone_type i, j;
7675
7676         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7677
7678                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7679
7680                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7681                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7682                         long max = 0;
7683                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7684
7685                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7686                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7687                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7688                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7689                         }
7690
7691                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7692                         max += high_wmark_pages(zone);
7693
7694                         if (max > managed_pages)
7695                                 max = managed_pages;
7696
7697                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7698
7699                         reserve_pages += max;
7700                 }
7701         }
7702         totalreserve_pages = reserve_pages;
7703 }
7704
7705 /*
7706  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7707  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7708  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7709  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7710  */
7711 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7712 {
7713         struct pglist_data *pgdat;
7714         enum zone_type j, idx;
7715
7716         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7717                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7718                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7719                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7720
7721                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7722
7723                         idx = j;
7724                         while (idx) {
7725                                 struct zone *lower_zone;
7726
7727                                 idx--;
7728                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7729
7730                                 if (!sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] ||
7731                                     !zone_managed_pages(lower_zone)) {
7732                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7733                                         continue;
7734                                 } else {
7735                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7736                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7737                                 }
7738                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7739                         }
7740                 }
7741         }
7742
7743         /* update totalreserve_pages */
7744         calculate_totalreserve_pages();
7745 }
7746
7747 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7748 {
7749         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7750         unsigned long lowmem_pages = 0;
7751         struct zone *zone;
7752         unsigned long flags;
7753
7754         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7755         for_each_zone(zone) {
7756                 if (!is_highmem(zone))
7757                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7758         }
7759
7760         for_each_zone(zone) {
7761                 u64 tmp;
7762
7763                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7764                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7765                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7766                 if (is_highmem(zone)) {
7767                         /*
7768                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7769                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7770                          * value here.
7771                          *
7772                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7773                          * deltas control async page reclaim, and so should
7774                          * not be capped for highmem.
7775                          */
7776                         unsigned long min_pages;
7777
7778                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7779                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7780                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7781                 } else {
7782                         /*
7783                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7784                          * proportionate to the zone's size.
7785                          */
7786                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7787                 }
7788
7789                 /*
7790                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7791                  * scale factor in proportion to available memory, but
7792                  * ensure a minimum size on small systems.
7793                  */
7794                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7795                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7796                                       watermark_scale_factor, 10000));
7797
7798                 zone->watermark_boost = 0;
7799                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7800                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7801
7802                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7803         }
7804
7805         /* update totalreserve_pages */
7806         calculate_totalreserve_pages();
7807 }
7808
7809 /**
7810  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7811  * or when memory is hot-{added|removed}
7812  *
7813  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7814  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7815  */
7816 void setup_per_zone_wmarks(void)
7817 {
7818         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7819
7820         spin_lock(&lock);
7821         __setup_per_zone_wmarks();
7822         spin_unlock(&lock);
7823 }
7824
7825 /*
7826  * Initialise min_free_kbytes.
7827  *
7828  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7829  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
7830  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7831  *
7832  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7833  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7834  *
7835  * which yields
7836  *
7837  * 16MB:        512k
7838  * 32MB:        724k
7839  * 64MB:        1024k
7840  * 128MB:       1448k
7841  * 256MB:       2048k
7842  * 512MB:       2896k
7843  * 1024MB:      4096k
7844  * 2048MB:      5792k
7845  * 4096MB:      8192k
7846  * 8192MB:      11584k
7847  * 16384MB:     16384k
7848  */
7849 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7850 {
7851         unsigned long lowmem_kbytes;
7852         int new_min_free_kbytes;
7853
7854         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7855         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7856
7857         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7858                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7859                 if (min_free_kbytes < 128)
7860                         min_free_kbytes = 128;
7861                 if (min_free_kbytes > 262144)
7862                         min_free_kbytes = 262144;
7863         } else {
7864                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7865                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7866         }
7867         setup_per_zone_wmarks();
7868         refresh_zone_stat_thresholds();
7869         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7870
7871 #ifdef CONFIG_NUMA
7872         setup_min_unmapped_ratio();
7873         setup_min_slab_ratio();
7874 #endif
7875
7876         return 0;
7877 }
7878 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7879
7880 /*
7881  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7882  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7883  *      changes.
7884  */
7885 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7886                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7887 {
7888         int rc;
7889
7890         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7891         if (rc)
7892                 return rc;
7893
7894         if (write) {
7895                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7896                 setup_per_zone_wmarks();
7897         }
7898         return 0;
7899 }
7900
7901 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7902                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7903 {
7904         int rc;
7905
7906         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7907         if (rc)
7908                 return rc;
7909
7910         if (write)
7911                 setup_per_zone_wmarks();
7912
7913         return 0;
7914 }
7915
7916 #ifdef CONFIG_NUMA
7917 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7918 {
7919         pg_data_t *pgdat;
7920         struct zone *zone;
7921
7922         for_each_online_pgdat(pgdat)
7923                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7924
7925         for_each_zone(zone)
7926                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7927                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7928 }
7929
7930
7931 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7932                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7933 {
7934         int rc;
7935
7936         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7937         if (rc)
7938                 return rc;
7939
7940         setup_min_unmapped_ratio();
7941
7942         return 0;
7943 }
7944
7945 static void setup_min_slab_ratio(void)
7946 {
7947         pg_data_t *pgdat;
7948         struct zone *zone;
7949
7950         for_each_online_pgdat(pgdat)
7951                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7952
7953         for_each_zone(zone)
7954                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7955                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7956 }
7957
7958 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7959                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7960 {
7961         int rc;
7962
7963         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7964         if (rc)
7965                 return rc;
7966
7967         setup_min_slab_ratio();
7968
7969         return 0;
7970 }
7971 #endif
7972
7973 /*
7974  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7975  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7976  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7977  *
7978  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7979  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7980  * if in function of the boot time zone sizes.
7981  */
7982 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7983                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7984 {
7985         int i;
7986
7987         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7988
7989         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7990                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
7991                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
7992         }
7993
7994         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7995         return 0;
7996 }
7997
7998 static void __zone_pcp_update(struct zone *zone)
7999 {
8000         unsigned int cpu;
8001
8002         for_each_possible_cpu(cpu)
8003                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8004                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8005 }
8006
8007 /*
8008  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8009  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8010  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8011  */
8012 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8013                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8014 {
8015         struct zone *zone;
8016         int old_percpu_pagelist_fraction;
8017         int ret;
8018
8019         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8020         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8021
8022         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8023         if (!write || ret < 0)
8024                 goto out;
8025
8026         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8027         if (percpu_pagelist_fraction &&
8028             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8029                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8030                 ret = -EINVAL;
8031                 goto out;
8032         }
8033
8034         /* No change? */
8035         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8036                 goto out;
8037
8038         for_each_populated_zone(zone)
8039                 __zone_pcp_update(zone);
8040 out:
8041         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8042         return ret;
8043 }
8044
8045 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8046 /*
8047  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8048  * is not known to alloc_large_system_hash().
8049  */
8050 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8051 {
8052         return 0;
8053 }
8054 #endif
8055
8056 /*
8057  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8058  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8059  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8060  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8061  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8062  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8063  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8064  */
8065 #if __BITS_PER_LONG > 32
8066 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8067 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8068 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8069 #endif
8070
8071 /*
8072  * allocate a large system hash table from bootmem
8073  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8074  *   quantity of entries
8075  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8076  */
8077 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8078                                      unsigned long bucketsize,
8079                                      unsigned long numentries,
8080                                      int scale,
8081                                      int flags,
8082                                      unsigned int *_hash_shift,
8083                                      unsigned int *_hash_mask,
8084                                      unsigned long low_limit,
8085                                      unsigned long high_limit)
8086 {
8087         unsigned long long max = high_limit;
8088         unsigned long log2qty, size;
8089         void *table = NULL;
8090         gfp_t gfp_flags;
8091         bool virt;
8092
8093         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8094         if (!numentries) {
8095                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8096                 numentries = nr_kernel_pages;
8097                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8098
8099                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8100                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8101                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8102
8103 #if __BITS_PER_LONG > 32
8104                 if (!high_limit) {
8105                         unsigned long adapt;
8106
8107                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8108                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8109                                 scale++;
8110                 }
8111 #endif
8112
8113                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8114                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8115                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8116                 else
8117                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8118
8119                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8120                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8121                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8122                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8123                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8124                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8125                                 BUG_ON(!numentries);
8126                         }
8127                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8128                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8129         }
8130         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8131
8132         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8133         if (max == 0) {
8134                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8135                 do_div(max, bucketsize);
8136         }
8137         max = min(max, 0x80000000ULL);
8138
8139         if (numentries < low_limit)
8140                 numentries = low_limit;
8141         if (numentries > max)
8142                 numentries = max;
8143
8144         log2qty = ilog2(numentries);
8145
8146         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8147         do {
8148                 virt = false;
8149                 size = bucketsize << log2qty;
8150                 if (flags & HASH_EARLY) {
8151                         if (flags & HASH_ZERO)
8152                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8153                         else
8154                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8155                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8156                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8157                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8158                         virt = true;
8159                 } else {
8160                         /*
8161                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8162                          * some pages at the end of hash table which
8163                          * alloc_pages_exact() automatically does
8164                          */
8165                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8166                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8167                 }
8168         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8169
8170         if (!table)
8171                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8172
8173         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8174                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8175                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8176
8177         if (_hash_shift)
8178                 *_hash_shift = log2qty;
8179         if (_hash_mask)
8180                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8181
8182         return table;
8183 }
8184
8185 /*
8186  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8187  *
8188  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8189  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8190  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8191  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8192  *
8193  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8194  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that that it
8195  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8196  *
8197  */
8198 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8199                                  int migratetype, int flags)
8200 {
8201         unsigned long iter = 0;
8202         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8203
8204         /*
8205          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8206          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8207          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8208          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8209          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8210          */
8211
8212         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8213                 /*
8214                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8215                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8216                  * so consider them movable here.
8217                  */
8218                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8219                         return NULL;
8220
8221                 return page;
8222         }
8223
8224         for (; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8225                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8226                         continue;
8227
8228                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8229
8230                 if (PageReserved(page))
8231                         return page;
8232
8233                 /*
8234                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8235                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8236                  * is movable.
8237                  */
8238                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8239                         continue;
8240
8241                 /*
8242                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8243                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8244                  * We need not scan over tail pages because we don't
8245                  * handle each tail page individually in migration.
8246                  */
8247                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8248                         struct page *head = compound_head(page);
8249                         unsigned int skip_pages;
8250
8251                         if (PageHuge(page)) {
8252                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8253                                         return page;
8254                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8255                                 return page;
8256                         }
8257
8258                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8259                         iter += skip_pages - 1;
8260                         continue;
8261                 }
8262
8263                 /*
8264                  * We can't use page_count without pin a page
8265                  * because another CPU can free compound page.
8266                  * This check already skips compound tails of THP
8267                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8268                  */
8269                 if (!page_ref_count(page)) {
8270                         if (PageBuddy(page))
8271                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8272                         continue;
8273                 }
8274
8275                 /*
8276                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8277                  * page_count() is not 0.
8278                  */
8279                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8280                         continue;
8281
8282                 /*
8283                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8284                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8285                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8286                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8287                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8288                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8289                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8290                  * (false negatives in this function only)
8291                  */
8292                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8293                         continue;
8294
8295                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8296                         continue;
8297
8298                 /*
8299                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8300                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8301                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8302                  */
8303                 /*
8304                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8305                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8306                  *
8307                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8308                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8309                  * page at boot.
8310                  */
8311                 return page;
8312         }
8313         return NULL;
8314 }
8315
8316 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8317 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8318 {
8319         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8320                              pageblock_nr_pages) - 1);
8321 }
8322
8323 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8324 {
8325         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8326                                 pageblock_nr_pages));
8327 }
8328
8329 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8330 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8331                                         unsigned long start, unsigned long end)
8332 {
8333         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8334         unsigned int nr_reclaimed;
8335         unsigned long pfn = start;
8336         unsigned int tries = 0;
8337         int ret = 0;
8338
8339         migrate_prep();
8340
8341         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8342                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8343                         ret = -EINTR;
8344                         break;
8345                 }
8346
8347                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8348                         cc->nr_migratepages = 0;
8349                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8350                         if (!pfn) {
8351                                 ret = -EINTR;
8352                                 break;
8353                         }
8354                         tries = 0;
8355                 } else if (++tries == 5) {
8356                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8357                         break;
8358                 }
8359
8360                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8361                                                         &cc->migratepages);
8362                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8363
8364                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8365                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8366         }
8367         if (ret < 0) {
8368                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8369                 return ret;
8370         }
8371         return 0;
8372 }
8373
8374 /**
8375  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8376  * @start:      start PFN to allocate
8377  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8378  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8379  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8380  *                      in range must have the same migratetype and it must
8381  *                      be either of the two.
8382  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8383  *
8384  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8385  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8386  *
8387  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8388  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8389  * be modified by others.
8390  *
8391  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8392  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8393  * need to be freed with free_contig_range().
8394  */
8395 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8396                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8397 {
8398         unsigned long outer_start, outer_end;
8399         unsigned int order;
8400         int ret = 0;
8401
8402         struct compact_control cc = {
8403                 .nr_migratepages = 0,
8404                 .order = -1,
8405                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8406                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8407                 .ignore_skip_hint = true,
8408                 .no_set_skip_hint = true,
8409                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8410                 .alloc_contig = true,
8411         };
8412         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8413
8414         /*
8415          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8416          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8417          * have different sizes, and due to the way page allocator
8418          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8419          * that page allocator won't try to merge buddies from
8420          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8421          * other migration type.
8422          *
8423          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8424          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8425          * we are interested in).  This will put all the pages in
8426          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8427          *
8428          * When this is done, we take the pages in range from page
8429          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8430          * page allocator will never consider using them.
8431          *
8432          * This lets us mark the pageblocks back as
8433          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8434          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8435          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8436          */
8437
8438         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8439                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8440         if (ret < 0)
8441                 return ret;
8442
8443         /*
8444          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8445          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8446          * which will report the busy page.
8447          *
8448          * It is possible that busy pages could become available before
8449          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8450          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8451          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8452          */
8453         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8454         if (ret && ret != -EBUSY)
8455                 goto done;
8456         ret =0;
8457
8458         /*
8459          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8460          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8461          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8462          * What we are going to do is to allocate all pages from
8463          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8464          *
8465          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8466          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8467          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8468          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8469          * once this is done free the pages we are not interested in.
8470          *
8471          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8472          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8473          */
8474
8475         lru_add_drain_all();
8476
8477         order = 0;
8478         outer_start = start;
8479         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8480                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8481                         outer_start = start;
8482                         break;
8483                 }
8484                 outer_start &= ~0UL << order;
8485         }
8486
8487         if (outer_start != start) {
8488                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8489
8490                 /*
8491                  * outer_start page could be small order buddy page and
8492                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8493                  * in this case to report failed page properly
8494                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8495                  */
8496                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8497                         outer_start = start;
8498         }
8499
8500         /* Make sure the range is really isolated. */
8501         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8502                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8503                         __func__, outer_start, end);
8504                 ret = -EBUSY;
8505                 goto done;
8506         }
8507
8508         /* Grab isolated pages from freelists. */
8509         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8510         if (!outer_end) {
8511                 ret = -EBUSY;
8512                 goto done;
8513         }
8514
8515         /* Free head and tail (if any) */
8516         if (start != outer_start)
8517                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8518         if (end != outer_end)
8519                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8520
8521 done:
8522         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8523                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8524         return ret;
8525 }
8526 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
8527
8528 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8529                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8530 {
8531         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8532
8533         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8534                                   gfp_mask);
8535 }
8536
8537 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8538                                    unsigned long nr_pages)
8539 {
8540         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8541         struct page *page;
8542
8543         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8544                 page = pfn_to_online_page(i);
8545                 if (!page)
8546                         return false;
8547
8548                 if (page_zone(page) != z)
8549                         return false;
8550
8551                 if (PageReserved(page))
8552                         return false;
8553
8554                 if (page_count(page) > 0)
8555                         return false;
8556
8557                 if (PageHuge(page))
8558                         return false;
8559         }
8560         return true;
8561 }
8562
8563 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8564                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8565 {
8566         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8567
8568         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8569 }
8570
8571 /**
8572  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8573  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8574  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8575  * @nid:        Target node
8576  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8577  *
8578  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8579  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8580  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8581  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8582  *
8583  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8584  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8585  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8586  *
8587  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8588  * __free_page() on each allocated page.
8589  *
8590  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8591  */
8592 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8593                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8594 {
8595         unsigned long ret, pfn, flags;
8596         struct zonelist *zonelist;
8597         struct zone *zone;
8598         struct zoneref *z;
8599
8600         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
8601         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
8602                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
8603                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8604
8605                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
8606                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
8607                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
8608                                 /*
8609                                  * We release the zone lock here because
8610                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
8611                                  * at some point. If there's an allocation
8612                                  * spinning on this lock, it may win the race
8613                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
8614                                  */
8615                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8616                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
8617                                                         gfp_mask);
8618                                 if (!ret)
8619                                         return pfn_to_page(pfn);
8620                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8621                         }
8622                         pfn += nr_pages;
8623                 }
8624                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8625         }
8626         return NULL;
8627 }
8628 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8629
8630 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8631 {
8632         unsigned int count = 0;
8633
8634         for (; nr_pages--; pfn++) {
8635                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8636
8637                 count += page_count(page) != 1;
8638                 __free_page(page);
8639         }
8640         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8641 }
8642 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
8643
8644 /*
8645  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8646  * page high values need to be recalulated.
8647  */
8648 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8649 {
8650         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8651         __zone_pcp_update(zone);
8652         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8653 }
8654
8655 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8656 {
8657         unsigned long flags;
8658         int cpu;
8659         struct per_cpu_pageset *pset;
8660
8661         /* avoid races with drain_pages()  */
8662         local_irq_save(flags);
8663         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8664                 for_each_online_cpu(cpu) {
8665                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8666                         drain_zonestat(zone, pset);
8667                 }
8668                 free_percpu(zone->pageset);
8669                 zone->pageset = &boot_pageset;
8670         }
8671         local_irq_restore(flags);
8672 }
8673
8674 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8675 /*
8676  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8677  * before calling this.
8678  */
8679 unsigned long
8680 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8681 {
8682         struct page *page;
8683         struct zone *zone;
8684         unsigned int order;
8685         unsigned long pfn;
8686         unsigned long flags;
8687         unsigned long offlined_pages = 0;
8688
8689         /* find the first valid pfn */
8690         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8691                 if (pfn_valid(pfn))
8692                         break;
8693         if (pfn == end_pfn)
8694                 return offlined_pages;
8695
8696         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8697         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8698         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8699         pfn = start_pfn;
8700         while (pfn < end_pfn) {
8701                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8702                         pfn++;
8703                         continue;
8704                 }
8705                 page = pfn_to_page(pfn);
8706                 /*
8707                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8708                  * page_count() is not 0.
8709                  */
8710                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8711                         pfn++;
8712                         offlined_pages++;
8713                         continue;
8714                 }
8715                 /*
8716                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
8717                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
8718                  */
8719                 if (PageOffline(page)) {
8720                         BUG_ON(page_count(page));
8721                         BUG_ON(PageBuddy(page));
8722                         pfn++;
8723                         offlined_pages++;
8724                         continue;
8725                 }
8726
8727                 BUG_ON(page_count(page));
8728                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8729                 order = page_order(page);
8730                 offlined_pages += 1 << order;
8731                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
8732                 pfn += (1 << order);
8733         }
8734         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8735
8736         return offlined_pages;
8737 }
8738 #endif
8739
8740 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8741 {
8742         struct zone *zone = page_zone(page);
8743         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8744         unsigned long flags;
8745         unsigned int order;
8746
8747         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8748         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8749                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8750
8751                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8752                         break;
8753         }
8754         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8755
8756         return order < MAX_ORDER;
8757 }
8758
8759 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8760 /*
8761  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8762  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8763  * allocation.
8764  */
8765 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8766 {
8767         struct zone *zone = page_zone(page);
8768         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8769         unsigned long flags;
8770         unsigned int order;
8771         bool hwpoisoned = false;
8772
8773         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8774         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8775                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8776
8777                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8778                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8779                                 hwpoisoned = true;
8780                         break;
8781                 }
8782         }
8783         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8784
8785         return hwpoisoned;
8786 }
8787 #endif