mm, meminit: recalculate pcpu batch and high limits after init completes
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/sched/mm.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67 #include <linux/ftrace.h>
68 #include <linux/lockdep.h>
69 #include <linux/nmi.h>
70 #include <linux/psi.h>
71
72 #include <asm/sections.h>
73 #include <asm/tlbflush.h>
74 #include <asm/div64.h>
75 #include "internal.h"
76 #include "shuffle.h"
77
78 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
79 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
80 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
81
82 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
83 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
84 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
85 #endif
86
87 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
88
89 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
90 /*
91  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
92  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
93  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
94  * defined in <linux/topology.h>.
95  */
96 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
97 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
98 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
99 #endif
100
101 /* work_structs for global per-cpu drains */
102 struct pcpu_drain {
103         struct zone *zone;
104         struct work_struct work;
105 };
106 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
107 DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
108
109 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
110 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
111 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
112 #endif
113
114 /*
115  * Array of node states.
116  */
117 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
118         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
119         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
120 #ifndef CONFIG_NUMA
121         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
122 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
123         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
124 #endif
125         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
126         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
127 #endif  /* NUMA */
128 };
129 EXPORT_SYMBOL(node_states);
130
131 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
132 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
133 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
134 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
135
136 int percpu_pagelist_fraction;
137 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
138 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
139 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
140 #else
141 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
142 #endif
143 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
144
145 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
146 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
147 #else
148 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
149 #endif
150 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
151
152 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
153 {
154         int ret;
155         bool bool_result;
156
157         if (!buf)
158                 return -EINVAL;
159         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
160         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
161                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
162         if (bool_result)
163                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
164         else
165                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
166         return ret;
167 }
168 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
169
170 static int __init early_init_on_free(char *buf)
171 {
172         int ret;
173         bool bool_result;
174
175         if (!buf)
176                 return -EINVAL;
177         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
178         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
179                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
180         if (bool_result)
181                 static_branch_enable(&init_on_free);
182         else
183                 static_branch_disable(&init_on_free);
184         return ret;
185 }
186 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
187
188 /*
189  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
190  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
191  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
192  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
193  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
194  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
195  */
196 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
197 {
198         return page->index;
199 }
200
201 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
202 {
203         page->index = migratetype;
204 }
205
206 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
207 /*
208  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
209  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
210  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
211  * they should always be called with system_transition_mutex held
212  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
213  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
214  * with that modification).
215  */
216
217 static gfp_t saved_gfp_mask;
218
219 void pm_restore_gfp_mask(void)
220 {
221         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
222         if (saved_gfp_mask) {
223                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
224                 saved_gfp_mask = 0;
225         }
226 }
227
228 void pm_restrict_gfp_mask(void)
229 {
230         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
231         WARN_ON(saved_gfp_mask);
232         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
233         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
234 }
235
236 bool pm_suspended_storage(void)
237 {
238         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
239                 return false;
240         return true;
241 }
242 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
243
244 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
245 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
246 #endif
247
248 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
249
250 /*
251  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
252  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
253  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
254  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
255  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
256  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
257  *
258  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
259  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
260  */
261 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
262 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
263         [ZONE_DMA] = 256,
264 #endif
265 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
266         [ZONE_DMA32] = 256,
267 #endif
268         [ZONE_NORMAL] = 32,
269 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
270         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
271 #endif
272         [ZONE_MOVABLE] = 0,
273 };
274
275 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
276 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
277          "DMA",
278 #endif
279 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
280          "DMA32",
281 #endif
282          "Normal",
283 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
284          "HighMem",
285 #endif
286          "Movable",
287 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
288          "Device",
289 #endif
290 };
291
292 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
293         "Unmovable",
294         "Movable",
295         "Reclaimable",
296         "HighAtomic",
297 #ifdef CONFIG_CMA
298         "CMA",
299 #endif
300 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
301         "Isolate",
302 #endif
303 };
304
305 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
306         NULL,
307         free_compound_page,
308 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
309         free_huge_page,
310 #endif
311 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
312         free_transhuge_page,
313 #endif
314 };
315
316 int min_free_kbytes = 1024;
317 int user_min_free_kbytes = -1;
318 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
319 /*
320  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
321  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
322  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
323  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
324  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
325  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
326  * fragmentation avoidance.
327  */
328 int watermark_boost_factor __read_mostly;
329 #else
330 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
331 #endif
332 int watermark_scale_factor = 10;
333
334 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
335 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
336 static unsigned long dma_reserve __initdata;
337
338 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
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 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
352
353 #if MAX_NUMNODES > 1
354 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
355 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
356 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
357 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
358 #endif
359
360 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
361
362 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
363 /*
364  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
365  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
366  * and we can permanently disable that path.
367  */
368 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
369
370 /*
371  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
372  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
373  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
374  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
375  *
376  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
377  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
378  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
379  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
380  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
381  * initialization is done, but this is not likely to happen.
382  */
383 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
384 {
385         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
386                 kasan_free_pages(page, order);
387 }
388
389 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
390 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
391 {
392         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
393
394         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
395                 return true;
396
397         return false;
398 }
399
400 /*
401  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
402  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
403  */
404 static bool __meminit
405 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
406 {
407         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
408
409         /*
410          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
411          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
412          */
413         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
414                 prev_end_pfn = end_pfn;
415                 nr_initialised = 0;
416         }
417
418         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
419         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
420                 return false;
421
422         /*
423          * We start only with one section of pages, more pages are added as
424          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
425          */
426         nr_initialised++;
427         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
428             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
429                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
430                 return true;
431         }
432         return false;
433 }
434 #else
435 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
436
437 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
438 {
439         return false;
440 }
441
442 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
443 {
444         return false;
445 }
446 #endif
447
448 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
449 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
450                                                         unsigned long pfn)
451 {
452 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
453         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
454 #else
455         return page_zone(page)->pageblock_flags;
456 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
457 }
458
459 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
460 {
461 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
462         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
463         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
464 #else
465         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
466         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
467 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
468 }
469
470 /**
471  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
472  * @page: The page within the block of interest
473  * @pfn: The target page frame number
474  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
475  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
476  *
477  * Return: pageblock_bits flags
478  */
479 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
480                                         unsigned long pfn,
481                                         unsigned long end_bitidx,
482                                         unsigned long mask)
483 {
484         unsigned long *bitmap;
485         unsigned long bitidx, word_bitidx;
486         unsigned long word;
487
488         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
489         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
490         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
491         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
492
493         word = bitmap[word_bitidx];
494         bitidx += end_bitidx;
495         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
496 }
497
498 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
499                                         unsigned long end_bitidx,
500                                         unsigned long mask)
501 {
502         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
503 }
504
505 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
506 {
507         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
508 }
509
510 /**
511  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
512  * @page: The page within the block of interest
513  * @flags: The flags to set
514  * @pfn: The target page frame number
515  * @end_bitidx: The last bit of interest
516  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
517  */
518 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
519                                         unsigned long pfn,
520                                         unsigned long end_bitidx,
521                                         unsigned long mask)
522 {
523         unsigned long *bitmap;
524         unsigned long bitidx, word_bitidx;
525         unsigned long old_word, word;
526
527         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
528         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
529
530         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
531         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
532         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
533         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
534
535         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
536
537         bitidx += end_bitidx;
538         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
539         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
540
541         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
542         for (;;) {
543                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
544                 if (word == old_word)
545                         break;
546                 word = old_word;
547         }
548 }
549
550 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
551 {
552         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
553                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
554                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
555
556         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
557                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
558 }
559
560 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
561 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
562 {
563         int ret = 0;
564         unsigned seq;
565         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
566         unsigned long sp, start_pfn;
567
568         do {
569                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
570                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
571                 sp = zone->spanned_pages;
572                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
573                         ret = 1;
574         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
575
576         if (ret)
577                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
578                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
579                         start_pfn, start_pfn + sp);
580
581         return ret;
582 }
583
584 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
585 {
586         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
587                 return 0;
588         if (zone != page_zone(page))
589                 return 0;
590
591         return 1;
592 }
593 /*
594  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
595  */
596 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
597 {
598         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
599                 return 1;
600         if (!page_is_consistent(zone, page))
601                 return 1;
602
603         return 0;
604 }
605 #else
606 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
607 {
608         return 0;
609 }
610 #endif
611
612 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
613                 unsigned long bad_flags)
614 {
615         static unsigned long resume;
616         static unsigned long nr_shown;
617         static unsigned long nr_unshown;
618
619         /*
620          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
621          * or allow a steady drip of one report per second.
622          */
623         if (nr_shown == 60) {
624                 if (time_before(jiffies, resume)) {
625                         nr_unshown++;
626                         goto out;
627                 }
628                 if (nr_unshown) {
629                         pr_alert(
630                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
631                                 nr_unshown);
632                         nr_unshown = 0;
633                 }
634                 nr_shown = 0;
635         }
636         if (nr_shown++ == 0)
637                 resume = jiffies + 60 * HZ;
638
639         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
640                 current->comm, page_to_pfn(page));
641         __dump_page(page, reason);
642         bad_flags &= page->flags;
643         if (bad_flags)
644                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
645                                                 bad_flags, &bad_flags);
646         dump_page_owner(page);
647
648         print_modules();
649         dump_stack();
650 out:
651         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
652         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
653         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
654 }
655
656 /*
657  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
658  *
659  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
660  *
661  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
662  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
663  *
664  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
665  * page destructors. See compound_page_dtors.
666  *
667  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
668  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
669  */
670
671 void free_compound_page(struct page *page)
672 {
673         mem_cgroup_uncharge(page);
674         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
675 }
676
677 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
678 {
679         int i;
680         int nr_pages = 1 << order;
681
682         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
683         set_compound_order(page, order);
684         __SetPageHead(page);
685         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
686                 struct page *p = page + i;
687                 set_page_count(p, 0);
688                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
689                 set_compound_head(p, page);
690         }
691         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
692 }
693
694 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
695 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
696
697 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT
698 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(_debug_pagealloc_enabled);
699 #else
700 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
701 #endif
702 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
703
704 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
705
706 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
707 {
708         bool enable = false;
709
710         if (kstrtobool(buf, &enable))
711                 return -EINVAL;
712
713         if (enable)
714                 static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
715
716         return 0;
717 }
718 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
719
720 static void init_debug_guardpage(void)
721 {
722         if (!debug_pagealloc_enabled())
723                 return;
724
725         if (!debug_guardpage_minorder())
726                 return;
727
728         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
729 }
730
731 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
732 {
733         unsigned long res;
734
735         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
736                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
737                 return 0;
738         }
739         _debug_guardpage_minorder = res;
740         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
741         return 0;
742 }
743 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
744
745 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
746                                 unsigned int order, int migratetype)
747 {
748         if (!debug_guardpage_enabled())
749                 return false;
750
751         if (order >= debug_guardpage_minorder())
752                 return false;
753
754         __SetPageGuard(page);
755         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
756         set_page_private(page, order);
757         /* Guard pages are not available for any usage */
758         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
759
760         return true;
761 }
762
763 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
764                                 unsigned int order, int migratetype)
765 {
766         if (!debug_guardpage_enabled())
767                 return;
768
769         __ClearPageGuard(page);
770
771         set_page_private(page, 0);
772         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
773                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
774 }
775 #else
776 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
777                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
778 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
779                                 unsigned int order, int migratetype) {}
780 #endif
781
782 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
783 {
784         set_page_private(page, order);
785         __SetPageBuddy(page);
786 }
787
788 /*
789  * This function checks whether a page is free && is the buddy
790  * we can coalesce a page and its buddy if
791  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
792  * (b) the buddy is in the buddy system &&
793  * (c) a page and its buddy have the same order &&
794  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
795  *
796  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
797  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
798  *
799  * For recording page's order, we use page_private(page).
800  */
801 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
802                                                         unsigned int order)
803 {
804         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
805                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
806                         return 0;
807
808                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
809
810                 return 1;
811         }
812
813         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
814                 /*
815                  * zone check is done late to avoid uselessly
816                  * calculating zone/node ids for pages that could
817                  * never merge.
818                  */
819                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
820                         return 0;
821
822                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
823
824                 return 1;
825         }
826         return 0;
827 }
828
829 #ifdef CONFIG_COMPACTION
830 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
831 {
832         struct capture_control *capc = current->capture_control;
833
834         return capc &&
835                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
836                 !capc->page &&
837                 capc->cc->zone == zone &&
838                 capc->cc->direct_compaction ? capc : NULL;
839 }
840
841 static inline bool
842 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
843                    int order, int migratetype)
844 {
845         if (!capc || order != capc->cc->order)
846                 return false;
847
848         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
849         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
850             is_migrate_isolate(migratetype))
851                 return false;
852
853         /*
854          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
855          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
856          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
857          * have trouble finding a high-order free page.
858          */
859         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
860                 return false;
861
862         capc->page = page;
863         return true;
864 }
865
866 #else
867 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
868 {
869         return NULL;
870 }
871
872 static inline bool
873 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
874                    int order, int migratetype)
875 {
876         return false;
877 }
878 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
879
880 /*
881  * Freeing function for a buddy system allocator.
882  *
883  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
884  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
885  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
886  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
887  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
888  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
889  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
890  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
891  * parts of the VM system.
892  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
893  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
894  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
895  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
896  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
897  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
898  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
899  * triggers coalescing into a block of larger size.
900  *
901  * -- nyc
902  */
903
904 static inline void __free_one_page(struct page *page,
905                 unsigned long pfn,
906                 struct zone *zone, unsigned int order,
907                 int migratetype)
908 {
909         unsigned long combined_pfn;
910         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
911         struct page *buddy;
912         unsigned int max_order;
913         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
914
915         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
916
917         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
918         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
919
920         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
921         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
922                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
923
924         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
925         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
926
927 continue_merging:
928         while (order < max_order - 1) {
929                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
930                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
931                                                                 migratetype);
932                         return;
933                 }
934                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
935                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
936
937                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
938                         goto done_merging;
939                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
940                         goto done_merging;
941                 /*
942                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
943                  * merge with it and move up one order.
944                  */
945                 if (page_is_guard(buddy))
946                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
947                 else
948                         del_page_from_free_area(buddy, &zone->free_area[order]);
949                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
950                 page = page + (combined_pfn - pfn);
951                 pfn = combined_pfn;
952                 order++;
953         }
954         if (max_order < MAX_ORDER) {
955                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
956                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
957                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
958                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
959                  *
960                  * We don't want to hit this code for the more frequent
961                  * low-order merging.
962                  */
963                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
964                         int buddy_mt;
965
966                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
967                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
968                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
969
970                         if (migratetype != buddy_mt
971                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
972                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
973                                 goto done_merging;
974                 }
975                 max_order++;
976                 goto continue_merging;
977         }
978
979 done_merging:
980         set_page_order(page, order);
981
982         /*
983          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
984          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
985          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
986          * that is happening, add the free page to the tail of the list
987          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
988          * as a higher order page
989          */
990         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)
991                         && !is_shuffle_order(order)) {
992                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
993                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
994                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
995                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
996                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
997                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
998                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
999                         add_to_free_area_tail(page, &zone->free_area[order],
1000                                               migratetype);
1001                         return;
1002                 }
1003         }
1004
1005         if (is_shuffle_order(order))
1006                 add_to_free_area_random(page, &zone->free_area[order],
1007                                 migratetype);
1008         else
1009                 add_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
1010
1011 }
1012
1013 /*
1014  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1015  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1016  * check if necessary.
1017  */
1018 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1019                                         unsigned long check_flags)
1020 {
1021         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1022                 return false;
1023
1024         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1025                         page_ref_count(page) |
1026 #ifdef CONFIG_MEMCG
1027                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1028 #endif
1029                         (page->flags & check_flags)))
1030                 return false;
1031
1032         return true;
1033 }
1034
1035 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
1036 {
1037         const char *bad_reason;
1038         unsigned long bad_flags;
1039
1040         bad_reason = NULL;
1041         bad_flags = 0;
1042
1043         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1044                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1045         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1046                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1047         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1048                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1049         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
1050                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1051                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
1052         }
1053 #ifdef CONFIG_MEMCG
1054         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1055                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1056 #endif
1057         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1058 }
1059
1060 static inline int free_pages_check(struct page *page)
1061 {
1062         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1063                 return 0;
1064
1065         /* Something has gone sideways, find it */
1066         free_pages_check_bad(page);
1067         return 1;
1068 }
1069
1070 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1071 {
1072         int ret = 1;
1073
1074         /*
1075          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1076          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1077          */
1078         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1079
1080         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1081                 ret = 0;
1082                 goto out;
1083         }
1084         switch (page - head_page) {
1085         case 1:
1086                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1087                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1088                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
1089                         goto out;
1090                 }
1091                 break;
1092         case 2:
1093                 /*
1094                  * the second tail page: ->mapping is
1095                  * deferred_list.next -- ignore value.
1096                  */
1097                 break;
1098         default:
1099                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1100                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
1101                         goto out;
1102                 }
1103                 break;
1104         }
1105         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1106                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
1107                 goto out;
1108         }
1109         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1110                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
1111                 goto out;
1112         }
1113         ret = 0;
1114 out:
1115         page->mapping = NULL;
1116         clear_compound_head(page);
1117         return ret;
1118 }
1119
1120 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1121 {
1122         int i;
1123
1124         for (i = 0; i < numpages; i++)
1125                 clear_highpage(page + i);
1126 }
1127
1128 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1129                                         unsigned int order, bool check_free)
1130 {
1131         int bad = 0;
1132
1133         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1134
1135         trace_mm_page_free(page, order);
1136
1137         /*
1138          * Check tail pages before head page information is cleared to
1139          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1140          */
1141         if (unlikely(order)) {
1142                 bool compound = PageCompound(page);
1143                 int i;
1144
1145                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1146
1147                 if (compound)
1148                         ClearPageDoubleMap(page);
1149                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1150                         if (compound)
1151                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1152                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1153                                 bad++;
1154                                 continue;
1155                         }
1156                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1157                 }
1158         }
1159         if (PageMappingFlags(page))
1160                 page->mapping = NULL;
1161         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1162                 __memcg_kmem_uncharge(page, order);
1163         if (check_free)
1164                 bad += free_pages_check(page);
1165         if (bad)
1166                 return false;
1167
1168         page_cpupid_reset_last(page);
1169         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1170         reset_page_owner(page, order);
1171
1172         if (!PageHighMem(page)) {
1173                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1174                                            PAGE_SIZE << order);
1175                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1176                                            PAGE_SIZE << order);
1177         }
1178         if (want_init_on_free())
1179                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1180
1181         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1182         /*
1183          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1184          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1185          * happen after this.
1186          */
1187         arch_free_page(page, order);
1188
1189         if (debug_pagealloc_enabled())
1190                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1191
1192         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1193
1194         return true;
1195 }
1196
1197 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1198 /*
1199  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1200  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1201  * moved from pcp lists to free lists.
1202  */
1203 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1204 {
1205         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1206 }
1207
1208 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1209 {
1210         if (debug_pagealloc_enabled())
1211                 return free_pages_check(page);
1212         else
1213                 return false;
1214 }
1215 #else
1216 /*
1217  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1218  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1219  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1220  * to the pcp lists.
1221  */
1222 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1223 {
1224         if (debug_pagealloc_enabled())
1225                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1226         else
1227                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1228 }
1229
1230 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1231 {
1232         return free_pages_check(page);
1233 }
1234 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1235
1236 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1237 {
1238         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1239         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1240         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1241
1242         prefetch(buddy);
1243 }
1244
1245 /*
1246  * Frees a number of pages from the PCP lists
1247  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1248  * count is the number of pages to free.
1249  *
1250  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1251  * see if this freeing clears that state.
1252  *
1253  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1254  * pinned" detection logic.
1255  */
1256 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1257                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1258 {
1259         int migratetype = 0;
1260         int batch_free = 0;
1261         int prefetch_nr = 0;
1262         bool isolated_pageblocks;
1263         struct page *page, *tmp;
1264         LIST_HEAD(head);
1265
1266         while (count) {
1267                 struct list_head *list;
1268
1269                 /*
1270                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1271                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1272                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1273                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1274                  * lists
1275                  */
1276                 do {
1277                         batch_free++;
1278                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1279                                 migratetype = 0;
1280                         list = &pcp->lists[migratetype];
1281                 } while (list_empty(list));
1282
1283                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1284                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1285                         batch_free = count;
1286
1287                 do {
1288                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1289                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1290                         list_del(&page->lru);
1291                         pcp->count--;
1292
1293                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1294                                 continue;
1295
1296                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1297
1298                         /*
1299                          * We are going to put the page back to the global
1300                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1301                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1302                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1303                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1304                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1305                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1306                          */
1307                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1308                                 prefetch_buddy(page);
1309                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1310         }
1311
1312         spin_lock(&zone->lock);
1313         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1314
1315         /*
1316          * Use safe version since after __free_one_page(),
1317          * page->lru.next will not point to original list.
1318          */
1319         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1320                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1321                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1322                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1323                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1324                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1325                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1326
1327                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1328                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1329         }
1330         spin_unlock(&zone->lock);
1331 }
1332
1333 static void free_one_page(struct zone *zone,
1334                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1335                                 unsigned int order,
1336                                 int migratetype)
1337 {
1338         spin_lock(&zone->lock);
1339         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1340                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1341                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1342         }
1343         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1344         spin_unlock(&zone->lock);
1345 }
1346
1347 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1348                                 unsigned long zone, int nid)
1349 {
1350         mm_zero_struct_page(page);
1351         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1352         init_page_count(page);
1353         page_mapcount_reset(page);
1354         page_cpupid_reset_last(page);
1355         page_kasan_tag_reset(page);
1356
1357         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1358 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1359         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1360         if (!is_highmem_idx(zone))
1361                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1362 #endif
1363 }
1364
1365 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1366 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1367 {
1368         pg_data_t *pgdat;
1369         int nid, zid;
1370
1371         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1372                 return;
1373
1374         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1375         pgdat = NODE_DATA(nid);
1376
1377         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1378                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1379
1380                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1381                         break;
1382         }
1383         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1384 }
1385 #else
1386 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1387 {
1388 }
1389 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1390
1391 /*
1392  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1393  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1394  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1395  * sent to the buddy page allocator.
1396  */
1397 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1398 {
1399         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1400         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1401
1402         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1403                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1404                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1405
1406                         init_reserved_page(start_pfn);
1407
1408                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1409                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1410
1411                         /*
1412                          * no need for atomic set_bit because the struct
1413                          * page is not visible yet so nobody should
1414                          * access it yet.
1415                          */
1416                         __SetPageReserved(page);
1417                 }
1418         }
1419 }
1420
1421 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1422 {
1423         unsigned long flags;
1424         int migratetype;
1425         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1426
1427         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1428                 return;
1429
1430         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1431         local_irq_save(flags);
1432         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1433         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1434         local_irq_restore(flags);
1435 }
1436
1437 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1438 {
1439         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1440         struct page *p = page;
1441         unsigned int loop;
1442
1443         prefetchw(p);
1444         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1445                 prefetchw(p + 1);
1446                 __ClearPageReserved(p);
1447                 set_page_count(p, 0);
1448         }
1449         __ClearPageReserved(p);
1450         set_page_count(p, 0);
1451
1452         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1453         set_page_refcounted(page);
1454         __free_pages(page, order);
1455 }
1456
1457 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1458         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1459
1460 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1461
1462 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1463 {
1464         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1465         int nid;
1466
1467         spin_lock(&early_pfn_lock);
1468         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1469         if (nid < 0)
1470                 nid = first_online_node;
1471         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1472
1473         return nid;
1474 }
1475 #endif
1476
1477 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1478 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1479 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1480 {
1481         int nid;
1482
1483         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1484         if (nid >= 0 && nid != node)
1485                 return false;
1486         return true;
1487 }
1488
1489 #else
1490 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1491 {
1492         return true;
1493 }
1494 #endif
1495
1496
1497 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1498                                                         unsigned int order)
1499 {
1500         if (early_page_uninitialised(pfn))
1501                 return;
1502         __free_pages_core(page, order);
1503 }
1504
1505 /*
1506  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1507  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1508  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1509  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1510  * pageblocks.
1511  *
1512  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1513  *
1514  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1515  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1516  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1517  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1518  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1519  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1520  * page in a pageblock.
1521  */
1522 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1523                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1524 {
1525         struct page *start_page;
1526         struct page *end_page;
1527
1528         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1529         end_pfn--;
1530
1531         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1532                 return NULL;
1533
1534         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1535         if (!start_page)
1536                 return NULL;
1537
1538         if (page_zone(start_page) != zone)
1539                 return NULL;
1540
1541         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1542
1543         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1544         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1545                 return NULL;
1546
1547         return start_page;
1548 }
1549
1550 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1551 {
1552         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1553         unsigned long block_end_pfn;
1554
1555         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1556         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1557                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1558                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1559
1560                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1561
1562                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1563                                              block_end_pfn, zone))
1564                         return;
1565         }
1566
1567         /* We confirm that there is no hole */
1568         zone->contiguous = true;
1569 }
1570
1571 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1572 {
1573         zone->contiguous = false;
1574 }
1575
1576 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1577 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1578                                        unsigned long nr_pages)
1579 {
1580         struct page *page;
1581         unsigned long i;
1582
1583         if (!nr_pages)
1584                 return;
1585
1586         page = pfn_to_page(pfn);
1587
1588         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1589         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1590             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1591                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1592                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1593                 return;
1594         }
1595
1596         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1597                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1598                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1599                 __free_pages_core(page, 0);
1600         }
1601 }
1602
1603 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1604 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1605 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1606
1607 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1608 {
1609         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1610                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1611 }
1612
1613 /*
1614  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1615  *
1616  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1617  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1618  * function is optimized out.
1619  *
1620  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1621  * of the head pfn.
1622  */
1623 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1624 {
1625         if (!pfn_valid_within(pfn))
1626                 return false;
1627         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1628                 return false;
1629         return true;
1630 }
1631
1632 /*
1633  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1634  * pageblock_nr_pages sizes.
1635  */
1636 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1637                                        unsigned long end_pfn)
1638 {
1639         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1640         unsigned long nr_free = 0;
1641
1642         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1643                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1644                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1645                         nr_free = 0;
1646                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1647                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1648                         nr_free = 1;
1649                         touch_nmi_watchdog();
1650                 } else {
1651                         nr_free++;
1652                 }
1653         }
1654         /* Free the last block of pages to allocator */
1655         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1656 }
1657
1658 /*
1659  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1660  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1661  * Return number of pages initialized.
1662  */
1663 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1664                                                  unsigned long pfn,
1665                                                  unsigned long end_pfn)
1666 {
1667         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1668         int nid = zone_to_nid(zone);
1669         unsigned long nr_pages = 0;
1670         int zid = zone_idx(zone);
1671         struct page *page = NULL;
1672
1673         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1674                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1675                         page = NULL;
1676                         continue;
1677                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1678                         page = pfn_to_page(pfn);
1679                         touch_nmi_watchdog();
1680                 } else {
1681                         page++;
1682                 }
1683                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1684                 nr_pages++;
1685         }
1686         return (nr_pages);
1687 }
1688
1689 /*
1690  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1691  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1692  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1693  * return false indicating there are no valid ranges left.
1694  */
1695 static bool __init
1696 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1697                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1698                                     unsigned long first_init_pfn)
1699 {
1700         u64 j;
1701
1702         /*
1703          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1704          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1705          * so we just need to flush them out of the system.
1706          */
1707         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1708                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1709                         continue;
1710                 if (*spfn < first_init_pfn)
1711                         *spfn = first_init_pfn;
1712                 *i = j;
1713                 return true;
1714         }
1715
1716         return false;
1717 }
1718
1719 /*
1720  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1721  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1722  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1723  * page in __free_one_page()).
1724  *
1725  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1726  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1727  * any issues with the buddy page computation.
1728  */
1729 static unsigned long __init
1730 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1731                        unsigned long *end_pfn)
1732 {
1733         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1734         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1735         unsigned long nr_pages = 0;
1736         u64 j = *i;
1737
1738         /* First we loop through and initialize the page values */
1739         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1740                 unsigned long t;
1741
1742                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1743                         break;
1744
1745                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1746                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1747
1748                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1749                         *start_pfn = mo_pfn;
1750                         break;
1751                 }
1752         }
1753
1754         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1755         swap(j, *i);
1756
1757         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1758                 unsigned long t;
1759
1760                 if (mo_pfn <= spfn)
1761                         break;
1762
1763                 t = min(mo_pfn, epfn);
1764                 deferred_free_pages(spfn, t);
1765
1766                 if (mo_pfn <= epfn)
1767                         break;
1768         }
1769
1770         return nr_pages;
1771 }
1772
1773 /* Initialise remaining memory on a node */
1774 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1775 {
1776         pg_data_t *pgdat = data;
1777         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1778         unsigned long spfn = 0, epfn = 0, nr_pages = 0;
1779         unsigned long first_init_pfn, flags;
1780         unsigned long start = jiffies;
1781         struct zone *zone;
1782         int zid;
1783         u64 i;
1784
1785         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1786         if (!cpumask_empty(cpumask))
1787                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1788
1789         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1790         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1791         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1792                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1793                 pgdat_init_report_one_done();
1794                 return 0;
1795         }
1796
1797         /* Sanity check boundaries */
1798         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1799         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1800         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1801
1802         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1803         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1804                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1805                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1806                         break;
1807         }
1808
1809         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1810         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1811                                                  first_init_pfn))
1812                 goto zone_empty;
1813
1814         /*
1815          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1816          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1817          * allocator.
1818          */
1819         while (spfn < epfn)
1820                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1821 zone_empty:
1822         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1823
1824         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1825         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1826
1827         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n",
1828                 pgdat->node_id, nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1829
1830         pgdat_init_report_one_done();
1831         return 0;
1832 }
1833
1834 /*
1835  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1836  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1837  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1838  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1839  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1840  *
1841  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1842  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1843  * enough pages to satisfy the allocation.
1844  *
1845  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1846  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1847  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1848  */
1849 static noinline bool __init
1850 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1851 {
1852         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1853         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1854         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1855         unsigned long spfn, epfn, flags;
1856         unsigned long nr_pages = 0;
1857         u64 i;
1858
1859         /* Only the last zone may have deferred pages */
1860         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1861                 return false;
1862
1863         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1864
1865         /*
1866          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1867          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1868          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1869          * has this static branch.
1870          */
1871         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1872                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1873                 return true;
1874         }
1875
1876         /*
1877          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1878          * true, as there might be enough pages already.
1879          */
1880         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1881                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1882                 return true;
1883         }
1884
1885         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1886         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1887                                                  first_deferred_pfn)) {
1888                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1889                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1890                 /* Retry only once. */
1891                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1892         }
1893
1894         /*
1895          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1896          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1897          * allocator.
1898          */
1899         while (spfn < epfn) {
1900                 /* update our first deferred PFN for this section */
1901                 first_deferred_pfn = spfn;
1902
1903                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1904
1905                 /* We should only stop along section boundaries */
1906                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1907                         continue;
1908
1909                 /* If our quota has been met we can stop here */
1910                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1911                         break;
1912         }
1913
1914         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1915         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1916
1917         return nr_pages > 0;
1918 }
1919
1920 /*
1921  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1922  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1923  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1924  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1925  */
1926 static bool __ref
1927 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1928 {
1929         return deferred_grow_zone(zone, order);
1930 }
1931
1932 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1933
1934 void __init page_alloc_init_late(void)
1935 {
1936         struct zone *zone;
1937         int nid;
1938
1939 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1940
1941         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1942         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1943         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1944                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1945         }
1946
1947         /* Block until all are initialised */
1948         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1949
1950         /*
1951          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
1952          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
1953          * will be artificially small.
1954          */
1955         for_each_populated_zone(zone)
1956                 zone_pcp_update(zone);
1957
1958         /*
1959          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1960          * on-demand struct page initialization.
1961          */
1962         static_branch_disable(&deferred_pages);
1963
1964         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1965         files_maxfiles_init();
1966 #endif
1967
1968         /* Discard memblock private memory */
1969         memblock_discard();
1970
1971         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
1972                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
1973
1974         for_each_populated_zone(zone)
1975                 set_zone_contiguous(zone);
1976
1977 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
1978         init_debug_guardpage();
1979 #endif
1980 }
1981
1982 #ifdef CONFIG_CMA
1983 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1984 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1985 {
1986         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1987         struct page *p = page;
1988
1989         do {
1990                 __ClearPageReserved(p);
1991                 set_page_count(p, 0);
1992         } while (++p, --i);
1993
1994         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1995
1996         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1997                 i = pageblock_nr_pages;
1998                 p = page;
1999                 do {
2000                         set_page_refcounted(p);
2001                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2002                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2003                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2004         } else {
2005                 set_page_refcounted(page);
2006                 __free_pages(page, pageblock_order);
2007         }
2008
2009         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2010 }
2011 #endif
2012
2013 /*
2014  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2015  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2016  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2017  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2018  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2019  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2020  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2021  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2022  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2023  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2024  *
2025  * -- nyc
2026  */
2027 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2028         int low, int high, struct free_area *area,
2029         int migratetype)
2030 {
2031         unsigned long size = 1 << high;
2032
2033         while (high > low) {
2034                 area--;
2035                 high--;
2036                 size >>= 1;
2037                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2038
2039                 /*
2040                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2041                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2042                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2043                  * pages will stay not present in virtual address space
2044                  */
2045                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2046                         continue;
2047
2048                 add_to_free_area(&page[size], area, migratetype);
2049                 set_page_order(&page[size], high);
2050         }
2051 }
2052
2053 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2054 {
2055         const char *bad_reason = NULL;
2056         unsigned long bad_flags = 0;
2057
2058         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
2059                 bad_reason = "nonzero mapcount";
2060         if (unlikely(page->mapping != NULL))
2061                 bad_reason = "non-NULL mapping";
2062         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
2063                 bad_reason = "nonzero _refcount";
2064         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2065                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
2066                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
2067                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2068                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2069                 return;
2070         }
2071         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
2072                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
2073                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
2074         }
2075 #ifdef CONFIG_MEMCG
2076         if (unlikely(page->mem_cgroup))
2077                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
2078 #endif
2079         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
2080 }
2081
2082 /*
2083  * This page is about to be returned from the page allocator
2084  */
2085 static inline int check_new_page(struct page *page)
2086 {
2087         if (likely(page_expected_state(page,
2088                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2089                 return 0;
2090
2091         check_new_page_bad(page);
2092         return 1;
2093 }
2094
2095 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2096 {
2097         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2098                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2099 }
2100
2101 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2102 /*
2103  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2104  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2105  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2106  */
2107 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2108 {
2109         if (debug_pagealloc_enabled())
2110                 return check_new_page(page);
2111         else
2112                 return false;
2113 }
2114
2115 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2116 {
2117         return check_new_page(page);
2118 }
2119 #else
2120 /*
2121  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2122  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2123  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2124  */
2125 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2126 {
2127         return check_new_page(page);
2128 }
2129 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2130 {
2131         if (debug_pagealloc_enabled())
2132                 return check_new_page(page);
2133         else
2134                 return false;
2135 }
2136 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2137
2138 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2139 {
2140         int i;
2141         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2142                 struct page *p = page + i;
2143
2144                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2145                         return true;
2146         }
2147
2148         return false;
2149 }
2150
2151 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2152                                 gfp_t gfp_flags)
2153 {
2154         set_page_private(page, 0);
2155         set_page_refcounted(page);
2156
2157         arch_alloc_page(page, order);
2158         if (debug_pagealloc_enabled())
2159                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2160         kasan_alloc_pages(page, order);
2161         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2162         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2163 }
2164
2165 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2166                                                         unsigned int alloc_flags)
2167 {
2168         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2169
2170         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2171                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2172
2173         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2174                 prep_compound_page(page, order);
2175
2176         /*
2177          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2178          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2179          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2180          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2181          */
2182         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2183                 set_page_pfmemalloc(page);
2184         else
2185                 clear_page_pfmemalloc(page);
2186 }
2187
2188 /*
2189  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2190  * the smallest available page from the freelists
2191  */
2192 static __always_inline
2193 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2194                                                 int migratetype)
2195 {
2196         unsigned int current_order;
2197         struct free_area *area;
2198         struct page *page;
2199
2200         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2201         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2202                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2203                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2204                 if (!page)
2205                         continue;
2206                 del_page_from_free_area(page, area);
2207                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
2208                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2209                 return page;
2210         }
2211
2212         return NULL;
2213 }
2214
2215
2216 /*
2217  * This array describes the order lists are fallen back to when
2218  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2219  */
2220 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2221         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2222         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2223         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2224 #ifdef CONFIG_CMA
2225         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2226 #endif
2227 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2228         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2229 #endif
2230 };
2231
2232 #ifdef CONFIG_CMA
2233 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2234                                         unsigned int order)
2235 {
2236         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2237 }
2238 #else
2239 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2240                                         unsigned int order) { return NULL; }
2241 #endif
2242
2243 /*
2244  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2245  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2246  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2247  */
2248 static int move_freepages(struct zone *zone,
2249                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2250                           int migratetype, int *num_movable)
2251 {
2252         struct page *page;
2253         unsigned int order;
2254         int pages_moved = 0;
2255
2256         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2257                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2258                         page++;
2259                         continue;
2260                 }
2261
2262                 if (!PageBuddy(page)) {
2263                         /*
2264                          * We assume that pages that could be isolated for
2265                          * migration are movable. But we don't actually try
2266                          * isolating, as that would be expensive.
2267                          */
2268                         if (num_movable &&
2269                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2270                                 (*num_movable)++;
2271
2272                         page++;
2273                         continue;
2274                 }
2275
2276                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2277                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2278                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2279
2280                 order = page_order(page);
2281                 move_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
2282                 page += 1 << order;
2283                 pages_moved += 1 << order;
2284         }
2285
2286         return pages_moved;
2287 }
2288
2289 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2290                                 int migratetype, int *num_movable)
2291 {
2292         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2293         struct page *start_page, *end_page;
2294
2295         if (num_movable)
2296                 *num_movable = 0;
2297
2298         start_pfn = page_to_pfn(page);
2299         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2300         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2301         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2302         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2303
2304         /* Do not cross zone boundaries */
2305         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2306                 start_page = page;
2307         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2308                 return 0;
2309
2310         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2311                                                                 num_movable);
2312 }
2313
2314 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2315                                         int start_order, int migratetype)
2316 {
2317         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2318
2319         while (nr_pageblocks--) {
2320                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2321                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2322         }
2323 }
2324
2325 /*
2326  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2327  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2328  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2329  *
2330  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2331  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2332  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2333  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2334  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2335  * pageblocks.
2336  */
2337 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2338 {
2339         /*
2340          * Leaving this order check is intended, although there is
2341          * relaxed order check in next check. The reason is that
2342          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2343          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2344          * so could be changed anytime.
2345          */
2346         if (order >= pageblock_order)
2347                 return true;
2348
2349         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2350                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2351                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2352                 page_group_by_mobility_disabled)
2353                 return true;
2354
2355         return false;
2356 }
2357
2358 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2359 {
2360         unsigned long max_boost;
2361
2362         if (!watermark_boost_factor)
2363                 return;
2364
2365         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2366                         watermark_boost_factor, 10000);
2367
2368         /*
2369          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2370          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2371          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2372          * allocations that early means that reclaim is not going
2373          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2374          * boosted watermark resulting in a hang.
2375          */
2376         if (!max_boost)
2377                 return;
2378
2379         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2380
2381         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2382                 max_boost);
2383 }
2384
2385 /*
2386  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2387  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2388  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2389  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2390  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2391  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2392  */
2393 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2394                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2395 {
2396         unsigned int current_order = page_order(page);
2397         struct free_area *area;
2398         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2399         int old_block_type;
2400
2401         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2402
2403         /*
2404          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2405          * highatomic accounting.
2406          */
2407         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2408                 goto single_page;
2409
2410         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2411         if (current_order >= pageblock_order) {
2412                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2413                 goto single_page;
2414         }
2415
2416         /*
2417          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2418          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2419          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2420          */
2421         boost_watermark(zone);
2422         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2423                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2424
2425         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2426         if (!whole_block)
2427                 goto single_page;
2428
2429         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2430                                                 &movable_pages);
2431         /*
2432          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2433          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2434          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2435          */
2436         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2437                 alike_pages = movable_pages;
2438         } else {
2439                 /*
2440                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2441                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2442                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2443                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2444                  * exact migratetype of non-movable pages.
2445                  */
2446                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2447                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2448                                                 - (free_pages + movable_pages);
2449                 else
2450                         alike_pages = 0;
2451         }
2452
2453         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2454         if (!free_pages)
2455                 goto single_page;
2456
2457         /*
2458          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2459          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2460          */
2461         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2462                         page_group_by_mobility_disabled)
2463                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2464
2465         return;
2466
2467 single_page:
2468         area = &zone->free_area[current_order];
2469         move_to_free_area(page, area, start_type);
2470 }
2471
2472 /*
2473  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2474  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2475  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2476  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2477  */
2478 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2479                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2480 {
2481         int i;
2482         int fallback_mt;
2483
2484         if (area->nr_free == 0)
2485                 return -1;
2486
2487         *can_steal = false;
2488         for (i = 0;; i++) {
2489                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2490                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2491                         break;
2492
2493                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2494                         continue;
2495
2496                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2497                         *can_steal = true;
2498
2499                 if (!only_stealable)
2500                         return fallback_mt;
2501
2502                 if (*can_steal)
2503                         return fallback_mt;
2504         }
2505
2506         return -1;
2507 }
2508
2509 /*
2510  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2511  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2512  */
2513 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2514                                 unsigned int alloc_order)
2515 {
2516         int mt;
2517         unsigned long max_managed, flags;
2518
2519         /*
2520          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2521          * Check is race-prone but harmless.
2522          */
2523         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2524         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2525                 return;
2526
2527         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2528
2529         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2530         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2531                 goto out_unlock;
2532
2533         /* Yoink! */
2534         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2535         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2536             && !is_migrate_cma(mt)) {
2537                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2538                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2539                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2540         }
2541
2542 out_unlock:
2543         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2544 }
2545
2546 /*
2547  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2548  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2549  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2550  * to recover from than an OOM.
2551  *
2552  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2553  * pageblock is exhausted.
2554  */
2555 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2556                                                 bool force)
2557 {
2558         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2559         unsigned long flags;
2560         struct zoneref *z;
2561         struct zone *zone;
2562         struct page *page;
2563         int order;
2564         bool ret;
2565
2566         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2567                                                                 ac->nodemask) {
2568                 /*
2569                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2570                  * is really high.
2571                  */
2572                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2573                                         pageblock_nr_pages)
2574                         continue;
2575
2576                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2577                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2578                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2579
2580                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2581                         if (!page)
2582                                 continue;
2583
2584                         /*
2585                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2586                          * we can counter several free pages in a pageblock
2587                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2588                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2589                          * adjust the count once.
2590                          */
2591                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2592                                 /*
2593                                  * It should never happen but changes to
2594                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2595                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2596                                  * while unreserving so be safe and watch for
2597                                  * underflows.
2598                                  */
2599                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2600                                                 pageblock_nr_pages,
2601                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2602                         }
2603
2604                         /*
2605                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2606                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2607                          * is doing the work and needs the pages. More
2608                          * importantly, if the block was always converted to
2609                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2610                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2611                          * may increase.
2612                          */
2613                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2614                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2615                                                                         NULL);
2616                         if (ret) {
2617                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2618                                 return ret;
2619                         }
2620                 }
2621                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2622         }
2623
2624         return false;
2625 }
2626
2627 /*
2628  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2629  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2630  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2631  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2632  *
2633  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2634  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2635  * condition simpler.
2636  */
2637 static __always_inline bool
2638 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2639                                                 unsigned int alloc_flags)
2640 {
2641         struct free_area *area;
2642         int current_order;
2643         int min_order = order;
2644         struct page *page;
2645         int fallback_mt;
2646         bool can_steal;
2647
2648         /*
2649          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2650          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2651          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2652          */
2653         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2654                 min_order = pageblock_order;
2655
2656         /*
2657          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2658          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2659          * would be too costly to do exactly.
2660          */
2661         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2662                                 --current_order) {
2663                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2664                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2665                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2666                 if (fallback_mt == -1)
2667                         continue;
2668
2669                 /*
2670                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2671                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2672                  * steal and split the smallest available page instead of the
2673                  * largest available page, because even if the next movable
2674                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2675                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2676                  */
2677                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2678                                         && current_order > order)
2679                         goto find_smallest;
2680
2681                 goto do_steal;
2682         }
2683
2684         return false;
2685
2686 find_smallest:
2687         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2688                                                         current_order++) {
2689                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2690                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2691                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2692                 if (fallback_mt != -1)
2693                         break;
2694         }
2695
2696         /*
2697          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2698          * when looking for the largest page.
2699          */
2700         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2701
2702 do_steal:
2703         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2704
2705         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2706                                                                 can_steal);
2707
2708         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2709                 start_migratetype, fallback_mt);
2710
2711         return true;
2712
2713 }
2714
2715 /*
2716  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2717  * Call me with the zone->lock already held.
2718  */
2719 static __always_inline struct page *
2720 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2721                                                 unsigned int alloc_flags)
2722 {
2723         struct page *page;
2724
2725 retry:
2726         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2727         if (unlikely(!page)) {
2728                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2729                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2730
2731                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2732                                                                 alloc_flags))
2733                         goto retry;
2734         }
2735
2736         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2737         return page;
2738 }
2739
2740 /*
2741  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2742  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2743  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2744  */
2745 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2746                         unsigned long count, struct list_head *list,
2747                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2748 {
2749         int i, alloced = 0;
2750
2751         spin_lock(&zone->lock);
2752         for (i = 0; i < count; ++i) {
2753                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2754                                                                 alloc_flags);
2755                 if (unlikely(page == NULL))
2756                         break;
2757
2758                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2759                         continue;
2760
2761                 /*
2762                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2763                  * physical page order. The page is added to the tail of
2764                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2765                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2766                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2767                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2768                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2769                  * pages are ordered properly.
2770                  */
2771                 list_add_tail(&page->lru, list);
2772                 alloced++;
2773                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2774                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2775                                               -(1 << order));
2776         }
2777
2778         /*
2779          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2780          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2781          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2782          * pages added to the pcp list.
2783          */
2784         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2785         spin_unlock(&zone->lock);
2786         return alloced;
2787 }
2788
2789 #ifdef CONFIG_NUMA
2790 /*
2791  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2792  * currently executing processor on remote nodes after they have
2793  * expired.
2794  *
2795  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2796  * a single processor.
2797  */
2798 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2799 {
2800         unsigned long flags;
2801         int to_drain, batch;
2802
2803         local_irq_save(flags);
2804         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2805         to_drain = min(pcp->count, batch);
2806         if (to_drain > 0)
2807                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2808         local_irq_restore(flags);
2809 }
2810 #endif
2811
2812 /*
2813  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2814  *
2815  * The processor must either be the current processor and the
2816  * thread pinned to the current processor or a processor that
2817  * is not online.
2818  */
2819 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2820 {
2821         unsigned long flags;
2822         struct per_cpu_pageset *pset;
2823         struct per_cpu_pages *pcp;
2824
2825         local_irq_save(flags);
2826         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2827
2828         pcp = &pset->pcp;
2829         if (pcp->count)
2830                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2831         local_irq_restore(flags);
2832 }
2833
2834 /*
2835  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2836  *
2837  * The processor must either be the current processor and the
2838  * thread pinned to the current processor or a processor that
2839  * is not online.
2840  */
2841 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2842 {
2843         struct zone *zone;
2844
2845         for_each_populated_zone(zone) {
2846                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2847         }
2848 }
2849
2850 /*
2851  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2852  *
2853  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2854  * the single zone's pages.
2855  */
2856 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2857 {
2858         int cpu = smp_processor_id();
2859
2860         if (zone)
2861                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2862         else
2863                 drain_pages(cpu);
2864 }
2865
2866 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2867 {
2868         struct pcpu_drain *drain;
2869
2870         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2871
2872         /*
2873          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2874          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2875          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2876          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2877          * a different one.
2878          */
2879         preempt_disable();
2880         drain_local_pages(drain->zone);
2881         preempt_enable();
2882 }
2883
2884 /*
2885  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2886  *
2887  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2888  *
2889  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2890  */
2891 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2892 {
2893         int cpu;
2894
2895         /*
2896          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2897          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2898          */
2899         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2900
2901         /*
2902          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2903          * initialized.
2904          */
2905         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2906                 return;
2907
2908         /*
2909          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2910          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2911          * the drain to be complete when the call returns.
2912          */
2913         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2914                 if (!zone)
2915                         return;
2916                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2917         }
2918
2919         /*
2920          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2921          * as offline notification will cause the notified
2922          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2923          * disables preemption as part of its processing
2924          */
2925         for_each_online_cpu(cpu) {
2926                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2927                 struct zone *z;
2928                 bool has_pcps = false;
2929
2930                 if (zone) {
2931                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2932                         if (pcp->pcp.count)
2933                                 has_pcps = true;
2934                 } else {
2935                         for_each_populated_zone(z) {
2936                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2937                                 if (pcp->pcp.count) {
2938                                         has_pcps = true;
2939                                         break;
2940                                 }
2941                         }
2942                 }
2943
2944                 if (has_pcps)
2945                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2946                 else
2947                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2948         }
2949
2950         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2951                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2952
2953                 drain->zone = zone;
2954                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
2955                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
2956         }
2957         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2958                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
2959
2960         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2961 }
2962
2963 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2964
2965 /*
2966  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2967  */
2968 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2969
2970 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2971 {
2972         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2973         unsigned long flags;
2974         unsigned int order, t;
2975         struct page *page;
2976
2977         if (zone_is_empty(zone))
2978                 return;
2979
2980         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2981
2982         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2983         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2984                 if (pfn_valid(pfn)) {
2985                         page = pfn_to_page(pfn);
2986
2987                         if (!--page_count) {
2988                                 touch_nmi_watchdog();
2989                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2990                         }
2991
2992                         if (page_zone(page) != zone)
2993                                 continue;
2994
2995                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2996                                 swsusp_unset_page_free(page);
2997                 }
2998
2999         for_each_migratetype_order(order, t) {
3000                 list_for_each_entry(page,
3001                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3002                         unsigned long i;
3003
3004                         pfn = page_to_pfn(page);
3005                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3006                                 if (!--page_count) {
3007                                         touch_nmi_watchdog();
3008                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3009                                 }
3010                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3011                         }
3012                 }
3013         }
3014         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3015 }
3016 #endif /* CONFIG_PM */
3017
3018 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3019 {
3020         int migratetype;
3021
3022         if (!free_pcp_prepare(page))
3023                 return false;
3024
3025         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3026         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3027         return true;
3028 }
3029
3030 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3031 {
3032         struct zone *zone = page_zone(page);
3033         struct per_cpu_pages *pcp;
3034         int migratetype;
3035
3036         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3037         __count_vm_event(PGFREE);
3038
3039         /*
3040          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3041          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3042          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3043          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3044          * excessively into the page allocator
3045          */
3046         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3047                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3048                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
3049                         return;
3050                 }
3051                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3052         }
3053
3054         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3055         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3056         pcp->count++;
3057         if (pcp->count >= pcp->high) {
3058                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3059                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3060         }
3061 }
3062
3063 /*
3064  * Free a 0-order page
3065  */
3066 void free_unref_page(struct page *page)
3067 {
3068         unsigned long flags;
3069         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3070
3071         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3072                 return;
3073
3074         local_irq_save(flags);
3075         free_unref_page_commit(page, pfn);
3076         local_irq_restore(flags);
3077 }
3078
3079 /*
3080  * Free a list of 0-order pages
3081  */
3082 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3083 {
3084         struct page *page, *next;
3085         unsigned long flags, pfn;
3086         int batch_count = 0;
3087
3088         /* Prepare pages for freeing */
3089         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3090                 pfn = page_to_pfn(page);
3091                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3092                         list_del(&page->lru);
3093                 set_page_private(page, pfn);
3094         }
3095
3096         local_irq_save(flags);
3097         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3098                 unsigned long pfn = page_private(page);
3099
3100                 set_page_private(page, 0);
3101                 trace_mm_page_free_batched(page);
3102                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3103
3104                 /*
3105                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3106                  * a large list of pages to free.
3107                  */
3108                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3109                         local_irq_restore(flags);
3110                         batch_count = 0;
3111                         local_irq_save(flags);
3112                 }
3113         }
3114         local_irq_restore(flags);
3115 }
3116
3117 /*
3118  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3119  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3120  * Each sub-page must be freed individually.
3121  *
3122  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3123  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3124  */
3125 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3126 {
3127         int i;
3128
3129         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3130         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3131
3132         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3133                 set_page_refcounted(page + i);
3134         split_page_owner(page, order);
3135 }
3136 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3137
3138 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3139 {
3140         struct free_area *area = &page_zone(page)->free_area[order];
3141         unsigned long watermark;
3142         struct zone *zone;
3143         int mt;
3144
3145         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3146
3147         zone = page_zone(page);
3148         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3149
3150         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3151                 /*
3152                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3153                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3154                  * watermark, because we already know our high-order page
3155                  * exists.
3156                  */
3157                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3158                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3159                         return 0;
3160
3161                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3162         }
3163
3164         /* Remove page from free list */
3165
3166         del_page_from_free_area(page, area);
3167
3168         /*
3169          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3170          * pageblock
3171          */
3172         if (order >= pageblock_order - 1) {
3173                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3174                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3175                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3176                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3177                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3178                                 set_pageblock_migratetype(page,
3179                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3180                 }
3181         }
3182
3183
3184         return 1UL << order;
3185 }
3186
3187 /*
3188  * Update NUMA hit/miss statistics
3189  *
3190  * Must be called with interrupts disabled.
3191  */
3192 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3193 {
3194 #ifdef CONFIG_NUMA
3195         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3196
3197         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3198         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3199                 return;
3200
3201         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3202                 local_stat = NUMA_OTHER;
3203
3204         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3205                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3206         else {
3207                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3208                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3209         }
3210         __inc_numa_state(z, local_stat);
3211 #endif
3212 }
3213
3214 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3215 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3216                         unsigned int alloc_flags,
3217                         struct per_cpu_pages *pcp,
3218                         struct list_head *list)
3219 {
3220         struct page *page;
3221
3222         do {
3223                 if (list_empty(list)) {
3224                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3225                                         pcp->batch, list,
3226                                         migratetype, alloc_flags);
3227                         if (unlikely(list_empty(list)))
3228                                 return NULL;
3229                 }
3230
3231                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3232                 list_del(&page->lru);
3233                 pcp->count--;
3234         } while (check_new_pcp(page));
3235
3236         return page;
3237 }
3238
3239 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3240 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3241                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3242                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3243 {
3244         struct per_cpu_pages *pcp;
3245         struct list_head *list;
3246         struct page *page;
3247         unsigned long flags;
3248
3249         local_irq_save(flags);
3250         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3251         list = &pcp->lists[migratetype];
3252         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3253         if (page) {
3254                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3255                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3256         }
3257         local_irq_restore(flags);
3258         return page;
3259 }
3260
3261 /*
3262  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3263  */
3264 static inline
3265 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3266                         struct zone *zone, unsigned int order,
3267                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3268                         int migratetype)
3269 {
3270         unsigned long flags;
3271         struct page *page;
3272
3273         if (likely(order == 0)) {
3274                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3275                                         migratetype, alloc_flags);
3276                 goto out;
3277         }
3278
3279         /*
3280          * We most definitely don't want callers attempting to
3281          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3282          */
3283         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3284         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3285
3286         do {
3287                 page = NULL;
3288                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3289                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3290                         if (page)
3291                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3292                 }
3293                 if (!page)
3294                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3295         } while (page && check_new_pages(page, order));
3296         spin_unlock(&zone->lock);
3297         if (!page)
3298                 goto failed;
3299         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3300                                   get_pcppage_migratetype(page));
3301
3302         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3303         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3304         local_irq_restore(flags);
3305
3306 out:
3307         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3308         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3309                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3310                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3311         }
3312
3313         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3314         return page;
3315
3316 failed:
3317         local_irq_restore(flags);
3318         return NULL;
3319 }
3320
3321 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3322
3323 static struct {
3324         struct fault_attr attr;
3325
3326         bool ignore_gfp_highmem;
3327         bool ignore_gfp_reclaim;
3328         u32 min_order;
3329 } fail_page_alloc = {
3330         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3331         .ignore_gfp_reclaim = true,
3332         .ignore_gfp_highmem = true,
3333         .min_order = 1,
3334 };
3335
3336 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3337 {
3338         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3339 }
3340 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3341
3342 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3343 {
3344         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3345                 return false;
3346         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3347                 return false;
3348         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3349                 return false;
3350         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3351                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3352                 return false;
3353
3354         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3355 }
3356
3357 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3358
3359 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3360 {
3361         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3362         struct dentry *dir;
3363
3364         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3365                                         &fail_page_alloc.attr);
3366
3367         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3368                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3369         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3370                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3371         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3372
3373         return 0;
3374 }
3375
3376 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3377
3378 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3379
3380 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3381
3382 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3383 {
3384         return false;
3385 }
3386
3387 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3388
3389 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3390 {
3391         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3392 }
3393 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3394
3395 /*
3396  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3397  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3398  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3399  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3400  */
3401 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3402                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3403                          long free_pages)
3404 {
3405         long min = mark;
3406         int o;
3407         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3408
3409         /* free_pages may go negative - that's OK */
3410         free_pages -= (1 << order) - 1;
3411
3412         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3413                 min -= min / 2;
3414
3415         /*
3416          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3417          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3418          * atomic reserve but it avoids a search.
3419          */
3420         if (likely(!alloc_harder)) {
3421                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3422         } else {
3423                 /*
3424                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3425                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3426                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3427                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3428                  */
3429                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3430                         min -= min / 2;
3431                 else
3432                         min -= min / 4;
3433         }
3434
3435
3436 #ifdef CONFIG_CMA
3437         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3438         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3439                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3440 #endif
3441
3442         /*
3443          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3444          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3445          * even if a suitable page happened to be free.
3446          */
3447         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3448                 return false;
3449
3450         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3451         if (!order)
3452                 return true;
3453
3454         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3455         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3456                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3457                 int mt;
3458
3459                 if (!area->nr_free)
3460                         continue;
3461
3462                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3463                         if (!free_area_empty(area, mt))
3464                                 return true;
3465                 }
3466
3467 #ifdef CONFIG_CMA
3468                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3469                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3470                         return true;
3471                 }
3472 #endif
3473                 if (alloc_harder &&
3474                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3475                         return true;
3476         }
3477         return false;
3478 }
3479
3480 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3481                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3482 {
3483         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3484                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3485 }
3486
3487 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3488                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3489 {
3490         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3491         long cma_pages = 0;
3492
3493 #ifdef CONFIG_CMA
3494         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3495         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3496                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3497 #endif
3498
3499         /*
3500          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3501          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3502          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3503          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3504          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3505          */
3506         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3507                 return true;
3508
3509         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3510                                         free_pages);
3511 }
3512
3513 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3514                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3515 {
3516         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3517
3518         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3519                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3520
3521         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3522                                                                 free_pages);
3523 }
3524
3525 #ifdef CONFIG_NUMA
3526 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3527 {
3528         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3529                                 node_reclaim_distance;
3530 }
3531 #else   /* CONFIG_NUMA */
3532 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3533 {
3534         return true;
3535 }
3536 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3537
3538 /*
3539  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3540  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3541  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3542  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3543  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3544  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3545  */
3546 static inline unsigned int
3547 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3548 {
3549         unsigned int alloc_flags = 0;
3550
3551         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3552                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
3553
3554 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3555         if (!zone)
3556                 return alloc_flags;
3557
3558         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3559                 return alloc_flags;
3560
3561         /*
3562          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3563          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3564          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3565          */
3566         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3567         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3568                 return alloc_flags;
3569
3570         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3571 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3572         return alloc_flags;
3573 }
3574
3575 /*
3576  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3577  * a page.
3578  */
3579 static struct page *
3580 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3581                                                 const struct alloc_context *ac)
3582 {
3583         struct zoneref *z;
3584         struct zone *zone;
3585         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3586         bool no_fallback;
3587
3588 retry:
3589         /*
3590          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3591          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3592          */
3593         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3594         z = ac->preferred_zoneref;
3595         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3596                                                                 ac->nodemask) {
3597                 struct page *page;
3598                 unsigned long mark;
3599
3600                 if (cpusets_enabled() &&
3601                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3602                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3603                                 continue;
3604                 /*
3605                  * When allocating a page cache page for writing, we
3606                  * want to get it from a node that is within its dirty
3607                  * limit, such that no single node holds more than its
3608                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3609                  * The dirty limits take into account the node's
3610                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3611                  * should be able to balance it without having to
3612                  * write pages from its LRU list.
3613                  *
3614                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3615                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3616                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3617                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3618                  * nodes are together not big enough to reach the
3619                  * global limit.  The proper fix for these situations
3620                  * will require awareness of nodes in the
3621                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3622                  */
3623                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3624                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3625                                 continue;
3626
3627                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3628                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3629                                 continue;
3630                         }
3631                 }
3632
3633                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3634                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3635                         int local_nid;
3636
3637                         /*
3638                          * If moving to a remote node, retry but allow
3639                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3640                          * than fragmentation avoidance.
3641                          */
3642                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3643                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3644                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3645                                 goto retry;
3646                         }
3647                 }
3648
3649                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3650                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3651                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3652                         int ret;
3653
3654 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3655                         /*
3656                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3657                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3658                          */
3659                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3660                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3661                                         goto try_this_zone;
3662                         }
3663 #endif
3664                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3665                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3666                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3667                                 goto try_this_zone;
3668
3669                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3670                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3671                                 continue;
3672
3673                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3674                         switch (ret) {
3675                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3676                                 /* did not scan */
3677                                 continue;
3678                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3679                                 /* scanned but unreclaimable */
3680                                 continue;
3681                         default:
3682                                 /* did we reclaim enough */
3683                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3684                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3685                                         goto try_this_zone;
3686
3687                                 continue;
3688                         }
3689                 }
3690
3691 try_this_zone:
3692                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3693                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3694                 if (page) {
3695                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3696
3697                         /*
3698                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3699                          * if the pageblock should be reserved for the future
3700                          */
3701                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3702                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3703
3704                         return page;
3705                 } else {
3706 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3707                         /* Try again if zone has deferred pages */
3708                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3709                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3710                                         goto try_this_zone;
3711                         }
3712 #endif
3713                 }
3714         }
3715
3716         /*
3717          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3718          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3719          */
3720         if (no_fallback) {
3721                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3722                 goto retry;
3723         }
3724
3725         return NULL;
3726 }
3727
3728 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3729 {
3730         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3731         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3732
3733         if (!__ratelimit(&show_mem_rs))
3734                 return;
3735
3736         /*
3737          * This documents exceptions given to allocations in certain
3738          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3739          * of allowed nodes.
3740          */
3741         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3742                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3743                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3744                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3745         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3746                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3747
3748         show_mem(filter, nodemask);
3749 }
3750
3751 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3752 {
3753         struct va_format vaf;
3754         va_list args;
3755         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3756                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3757
3758         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3759                 return;
3760
3761         va_start(args, fmt);
3762         vaf.fmt = fmt;
3763         vaf.va = &args;
3764         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3765                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3766                         nodemask_pr_args(nodemask));
3767         va_end(args);
3768
3769         cpuset_print_current_mems_allowed();
3770         pr_cont("\n");
3771         dump_stack();
3772         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3773 }
3774
3775 static inline struct page *
3776 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3777                               unsigned int alloc_flags,
3778                               const struct alloc_context *ac)
3779 {
3780         struct page *page;
3781
3782         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3783                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3784         /*
3785          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3786          * are depleted
3787          */
3788         if (!page)
3789                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3790                                 alloc_flags, ac);
3791
3792         return page;
3793 }
3794
3795 static inline struct page *
3796 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3797         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3798 {
3799         struct oom_control oc = {
3800                 .zonelist = ac->zonelist,
3801                 .nodemask = ac->nodemask,
3802                 .memcg = NULL,
3803                 .gfp_mask = gfp_mask,
3804                 .order = order,
3805         };
3806         struct page *page;
3807
3808         *did_some_progress = 0;
3809
3810         /*
3811          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3812          * making progress for us.
3813          */
3814         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3815                 *did_some_progress = 1;
3816                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3817                 return NULL;
3818         }
3819
3820         /*
3821          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3822          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3823          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3824          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3825          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3826          */
3827         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3828                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3829                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3830         if (page)
3831                 goto out;
3832
3833         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3834         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3835                 goto out;
3836         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3837         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3838                 goto out;
3839         /*
3840          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3841          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3842          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3843          * fallback than shooting a random task.
3844          */
3845         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3846                 goto out;
3847         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3848         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3849                 goto out;
3850         if (pm_suspended_storage())
3851                 goto out;
3852         /*
3853          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3854          * other request to make a forward progress.
3855          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3856          * do much for this context but let's try it to at least get
3857          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3858          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3859          * failures more gracefully we should just bail out here.
3860          */
3861
3862         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3863         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3864                 goto out;
3865
3866         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3867         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3868                 *did_some_progress = 1;
3869
3870                 /*
3871                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3872                  * reserves
3873                  */
3874                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3875                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3876                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3877         }
3878 out:
3879         mutex_unlock(&oom_lock);
3880         return page;
3881 }
3882
3883 /*
3884  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3885  * killer is consider as the only way to move forward.
3886  */
3887 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3888
3889 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3890 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3891 static struct page *
3892 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3893                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3894                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3895 {
3896         struct page *page = NULL;
3897         unsigned long pflags;
3898         unsigned int noreclaim_flag;
3899
3900         if (!order)
3901                 return NULL;
3902
3903         psi_memstall_enter(&pflags);
3904         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3905
3906         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3907                                                                 prio, &page);
3908
3909         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3910         psi_memstall_leave(&pflags);
3911
3912         /*
3913          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3914          * count a compaction stall
3915          */
3916         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3917
3918         /* Prep a captured page if available */
3919         if (page)
3920                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3921
3922         /* Try get a page from the freelist if available */
3923         if (!page)
3924                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3925
3926         if (page) {
3927                 struct zone *zone = page_zone(page);
3928
3929                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3930                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3931                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3932                 return page;
3933         }
3934
3935         /*
3936          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3937          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3938          */
3939         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3940
3941         cond_resched();
3942
3943         return NULL;
3944 }
3945
3946 static inline bool
3947 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3948                      enum compact_result compact_result,
3949                      enum compact_priority *compact_priority,
3950                      int *compaction_retries)
3951 {
3952         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3953         int min_priority;
3954         bool ret = false;
3955         int retries = *compaction_retries;
3956         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3957
3958         if (!order)
3959                 return false;
3960
3961         if (compaction_made_progress(compact_result))
3962                 (*compaction_retries)++;
3963
3964         /*
3965          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3966          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3967          * failure could be caused by insufficient priority
3968          */
3969         if (compaction_failed(compact_result))
3970                 goto check_priority;
3971
3972         /*
3973          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
3974          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
3975          */
3976         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
3977                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3978                 goto out;
3979         }
3980
3981         /*
3982          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3983          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3984          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
3985          * we don't just keep bailing out endlessly.
3986          */
3987         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3988                 goto check_priority;
3989         }
3990
3991         /*
3992          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3993          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3994          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3995          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3996          * would need much more detailed feedback from compaction to
3997          * make a better decision.
3998          */
3999         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4000                 max_retries /= 4;
4001         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4002                 ret = true;
4003                 goto out;
4004         }
4005
4006         /*
4007          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4008          * all retries or failed at the lower priorities.
4009          */
4010 check_priority:
4011         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4012                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4013
4014         if (*compact_priority > min_priority) {
4015                 (*compact_priority)--;
4016                 *compaction_retries = 0;
4017                 ret = true;
4018         }
4019 out:
4020         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4021         return ret;
4022 }
4023 #else
4024 static inline struct page *
4025 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4026                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4027                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4028 {
4029         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4030         return NULL;
4031 }
4032
4033 static inline bool
4034 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4035                      enum compact_result compact_result,
4036                      enum compact_priority *compact_priority,
4037                      int *compaction_retries)
4038 {
4039         struct zone *zone;
4040         struct zoneref *z;
4041
4042         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4043                 return false;
4044
4045         /*
4046          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4047          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4048          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4049          * watermarks are OK.
4050          */
4051         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4052                                         ac->nodemask) {
4053                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4054                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
4055                         return true;
4056         }
4057         return false;
4058 }
4059 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4060
4061 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4062 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4063         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4064
4065 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4066 {
4067         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4068
4069         /* no reclaim without waiting on it */
4070         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4071                 return false;
4072
4073         /* this guy won't enter reclaim */
4074         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4075                 return false;
4076
4077         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4078         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4079                 return false;
4080
4081         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4082                 return false;
4083
4084         return true;
4085 }
4086
4087 void __fs_reclaim_acquire(void)
4088 {
4089         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4090 }
4091
4092 void __fs_reclaim_release(void)
4093 {
4094         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4095 }
4096
4097 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4098 {
4099         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4100                 __fs_reclaim_acquire();
4101 }
4102 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4103
4104 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4105 {
4106         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4107                 __fs_reclaim_release();
4108 }
4109 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4110 #endif
4111
4112 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4113 static int
4114 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4115                                         const struct alloc_context *ac)
4116 {
4117         int progress;
4118         unsigned int noreclaim_flag;
4119         unsigned long pflags;
4120
4121         cond_resched();
4122
4123         /* We now go into synchronous reclaim */
4124         cpuset_memory_pressure_bump();
4125         psi_memstall_enter(&pflags);
4126         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4127         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4128
4129         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4130                                                                 ac->nodemask);
4131
4132         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4133         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4134         psi_memstall_leave(&pflags);
4135
4136         cond_resched();
4137
4138         return progress;
4139 }
4140
4141 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4142 static inline struct page *
4143 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4144                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4145                 unsigned long *did_some_progress)
4146 {
4147         struct page *page = NULL;
4148         bool drained = false;
4149
4150         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4151         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4152                 return NULL;
4153
4154 retry:
4155         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4156
4157         /*
4158          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4159          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4160          * Shrink them them and try again
4161          */
4162         if (!page && !drained) {
4163                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4164                 drain_all_pages(NULL);
4165                 drained = true;
4166                 goto retry;
4167         }
4168
4169         return page;
4170 }
4171
4172 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4173                              const struct alloc_context *ac)
4174 {
4175         struct zoneref *z;
4176         struct zone *zone;
4177         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4178         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
4179
4180         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
4181                                         ac->nodemask) {
4182                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4183                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
4184                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4185         }
4186 }
4187
4188 static inline unsigned int
4189 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4190 {
4191         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4192
4193         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
4194         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4195
4196         /*
4197          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4198          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4199          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4200          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4201          */
4202         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
4203
4204         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4205                 /*
4206                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4207                  * if it can't schedule.
4208                  */
4209                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4210                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4211                 /*
4212                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4213                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4214                  */
4215                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4216         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4217                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4218
4219         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4220                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
4221
4222 #ifdef CONFIG_CMA
4223         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4224                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4225 #endif
4226         return alloc_flags;
4227 }
4228
4229 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4230 {
4231         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4232                 return false;
4233
4234         /*
4235          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4236          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4237          */
4238         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4239                 return false;
4240
4241         return true;
4242 }
4243
4244 /*
4245  * Distinguish requests which really need access to full memory
4246  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4247  */
4248 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4249 {
4250         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4251                 return 0;
4252         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4253                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4254         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4255                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4256         if (!in_interrupt()) {
4257                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4258                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4259                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4260                         return ALLOC_OOM;
4261         }
4262
4263         return 0;
4264 }
4265
4266 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4267 {
4268         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4269 }
4270
4271 /*
4272  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4273  * for the given allocation request.
4274  *
4275  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4276  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4277  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4278  *
4279  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4280  */
4281 static inline bool
4282 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4283                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4284                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4285 {
4286         struct zone *zone;
4287         struct zoneref *z;
4288         bool ret = false;
4289
4290         /*
4291          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4292          * their order will become available due to high fragmentation so
4293          * always increment the no progress counter for them
4294          */
4295         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4296                 *no_progress_loops = 0;
4297         else
4298                 (*no_progress_loops)++;
4299
4300         /*
4301          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4302          * several times in the row.
4303          */
4304         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4305                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4306                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4307         }
4308
4309         /*
4310          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4311          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4312          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4313          * screwed and have to go OOM.
4314          */
4315         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4316                                         ac->nodemask) {
4317                 unsigned long available;
4318                 unsigned long reclaimable;
4319                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4320                 bool wmark;
4321
4322                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4323                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4324
4325                 /*
4326                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4327                  * reclaimable pages?
4328                  */
4329                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4330                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
4331                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4332                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4333                 if (wmark) {
4334                         /*
4335                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4336                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4337                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4338                          * prevent from pre mature OOM
4339                          */
4340                         if (!did_some_progress) {
4341                                 unsigned long write_pending;
4342
4343                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4344                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4345
4346                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4347                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4348                                         return true;
4349                                 }
4350                         }
4351
4352                         ret = true;
4353                         goto out;
4354                 }
4355         }
4356
4357 out:
4358         /*
4359          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4360          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4361          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4362          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4363          * here rather than calling cond_resched().
4364          */
4365         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4366                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4367         else
4368                 cond_resched();
4369         return ret;
4370 }
4371
4372 static inline bool
4373 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4374 {
4375         /*
4376          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4377          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4378          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4379          * such a way the check therein was true, and then it became false
4380          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4381          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4382          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4383          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4384          * caller can deal with a violated nodemask.
4385          */
4386         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4387                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4388                 ac->nodemask = NULL;
4389                 return true;
4390         }
4391
4392         /*
4393          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4394          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4395          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4396          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4397          * retry.
4398          */
4399         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4400                 return true;
4401
4402         return false;
4403 }
4404
4405 static inline struct page *
4406 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4407                                                 struct alloc_context *ac)
4408 {
4409         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4410         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4411         struct page *page = NULL;
4412         unsigned int alloc_flags;
4413         unsigned long did_some_progress;
4414         enum compact_priority compact_priority;
4415         enum compact_result compact_result;
4416         int compaction_retries;
4417         int no_progress_loops;
4418         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4419         int reserve_flags;
4420
4421         /*
4422          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4423          * callers that are not in atomic context.
4424          */
4425         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4426                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4427                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4428
4429 retry_cpuset:
4430         compaction_retries = 0;
4431         no_progress_loops = 0;
4432         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4433         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4434
4435         /*
4436          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4437          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4438          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4439          */
4440         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4441
4442         /*
4443          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4444          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4445          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4446          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4447          */
4448         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4449                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4450         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4451                 goto nopage;
4452
4453         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4454                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4455
4456         /*
4457          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4458          * that first
4459          */
4460         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4461         if (page)
4462                 goto got_pg;
4463
4464         /*
4465          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4466          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4467          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4468          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4469          * same migratetype.
4470          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4471          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4472          */
4473         if (can_direct_reclaim &&
4474                         (costly_order ||
4475                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4476                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4477                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4478                                                 alloc_flags, ac,
4479                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4480                                                 &compact_result);
4481                 if (page)
4482                         goto got_pg;
4483
4484                  if (order >= pageblock_order && (gfp_mask & __GFP_IO) &&
4485                      !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)) {
4486                         /*
4487                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4488                          * failed because all zones are below low watermarks
4489                          * or is prohibited because it recently failed at this
4490                          * order, fail immediately unless the allocator has
4491                          * requested compaction and reclaim retry.
4492                          *
4493                          * Reclaim is
4494                          *  - potentially very expensive because zones are far
4495                          *    below their low watermarks or this is part of very
4496                          *    bursty high order allocations,
4497                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4498                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4499                          *    linear scan, and
4500                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4501                          *    own.
4502                          */
4503                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4504                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4505                                 goto nopage;
4506                 }
4507
4508                 /*
4509                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4510                  * includes THP page fault allocations
4511                  */
4512                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4513                         /*
4514                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4515                          * it is because sync compaction recently failed. If
4516                          * this is the case and the caller requested a THP
4517                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4518                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4519                          * direct reclaim.
4520                          */
4521                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4522                                 goto nopage;
4523
4524                         /*
4525                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4526                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4527                          * using async compaction.
4528                          */
4529                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4530                 }
4531         }
4532
4533 retry:
4534         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4535         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4536                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4537
4538         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4539         if (reserve_flags)
4540                 alloc_flags = reserve_flags;
4541
4542         /*
4543          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4544          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4545          * user oriented.
4546          */
4547         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4548                 ac->nodemask = NULL;
4549                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4550                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4551         }
4552
4553         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4554         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4555         if (page)
4556                 goto got_pg;
4557
4558         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4559         if (!can_direct_reclaim)
4560                 goto nopage;
4561
4562         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4563         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4564                 goto nopage;
4565
4566         /* Try direct reclaim and then allocating */
4567         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4568                                                         &did_some_progress);
4569         if (page)
4570                 goto got_pg;
4571
4572         /* Try direct compaction and then allocating */
4573         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4574                                         compact_priority, &compact_result);
4575         if (page)
4576                 goto got_pg;
4577
4578         /* Do not loop if specifically requested */
4579         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4580                 goto nopage;
4581
4582         /*
4583          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4584          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4585          */
4586         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4587                 goto nopage;
4588
4589         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4590                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4591                 goto retry;
4592
4593         /*
4594          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4595          * reclaim is not able to make any progress because the current
4596          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4597          * of free memory (see __compaction_suitable)
4598          */
4599         if (did_some_progress > 0 &&
4600                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4601                                 compact_result, &compact_priority,
4602                                 &compaction_retries))
4603                 goto retry;
4604
4605
4606         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4607         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4608                 goto retry_cpuset;
4609
4610         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4611         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4612         if (page)
4613                 goto got_pg;
4614
4615         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4616         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4617             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4618              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4619                 goto nopage;
4620
4621         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4622         if (did_some_progress) {
4623                 no_progress_loops = 0;
4624                 goto retry;
4625         }
4626
4627 nopage:
4628         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4629         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4630                 goto retry_cpuset;
4631
4632         /*
4633          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4634          * we always retry
4635          */
4636         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4637                 /*
4638                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4639                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4640                  */
4641                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4642                         goto fail;
4643
4644                 /*
4645                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4646                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4647                  * for somebody to do a work for us
4648                  */
4649                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4650
4651                 /*
4652                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4653                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4654                  * so that we can identify them and convert them to something
4655                  * else.
4656                  */
4657                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4658
4659                 /*
4660                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4661                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4662                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4663                  * the situation worse
4664                  */
4665                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4666                 if (page)
4667                         goto got_pg;
4668
4669                 cond_resched();
4670                 goto retry;
4671         }
4672 fail:
4673         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4674                         "page allocation failure: order:%u", order);
4675 got_pg:
4676         return page;
4677 }
4678
4679 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4680                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4681                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4682                 unsigned int *alloc_flags)
4683 {
4684         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4685         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4686         ac->nodemask = nodemask;
4687         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4688
4689         if (cpusets_enabled()) {
4690                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4691                 if (!ac->nodemask)
4692                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4693                 else
4694                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4695         }
4696
4697         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4698         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4699
4700         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4701
4702         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4703                 return false;
4704
4705         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4706                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4707
4708         return true;
4709 }
4710
4711 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4712 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4713 {
4714         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4715         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4716
4717         /*
4718          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4719          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4720          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4721          */
4722         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4723                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4724 }
4725
4726 /*
4727  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4728  */
4729 struct page *
4730 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4731                                                         nodemask_t *nodemask)
4732 {
4733         struct page *page;
4734         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4735         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4736         struct alloc_context ac = { };
4737
4738         /*
4739          * There are several places where we assume that the order value is sane
4740          * so bail out early if the request is out of bound.
4741          */
4742         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4743                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4744                 return NULL;
4745         }
4746
4747         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4748         alloc_mask = gfp_mask;
4749         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4750                 return NULL;
4751
4752         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4753
4754         /*
4755          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4756          * memory until all local zones are considered.
4757          */
4758         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4759
4760         /* First allocation attempt */
4761         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4762         if (likely(page))
4763                 goto out;
4764
4765         /*
4766          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4767          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4768          * from a particular context which has been marked by
4769          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4770          */
4771         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4772         ac.spread_dirty_pages = false;
4773
4774         /*
4775          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4776          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4777          */
4778         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4779                 ac.nodemask = nodemask;
4780
4781         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4782
4783 out:
4784         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4785             unlikely(__memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4786                 __free_pages(page, order);
4787                 page = NULL;
4788         }
4789
4790         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4791
4792         return page;
4793 }
4794 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4795
4796 /*
4797  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4798  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4799  * you need to access high mem.
4800  */
4801 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4802 {
4803         struct page *page;
4804
4805         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4806         if (!page)
4807                 return 0;
4808         return (unsigned long) page_address(page);
4809 }
4810 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4811
4812 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4813 {
4814         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4815 }
4816 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4817
4818 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4819 {
4820         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4821                 free_unref_page(page);
4822         else
4823                 __free_pages_ok(page, order);
4824 }
4825
4826 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4827 {
4828         if (put_page_testzero(page))
4829                 free_the_page(page, order);
4830 }
4831 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4832
4833 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4834 {
4835         if (addr != 0) {
4836                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4837                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4838         }
4839 }
4840
4841 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4842
4843 /*
4844  * Page Fragment:
4845  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4846  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4847  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4848  *
4849  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4850  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4851  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4852  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4853  */
4854 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4855                                              gfp_t gfp_mask)
4856 {
4857         struct page *page = NULL;
4858         gfp_t gfp = gfp_mask;
4859
4860 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4861         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4862                     __GFP_NOMEMALLOC;
4863         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4864                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4865         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4866 #endif
4867         if (unlikely(!page))
4868                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4869
4870         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4871
4872         return page;
4873 }
4874
4875 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4876 {
4877         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4878
4879         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4880                 free_the_page(page, compound_order(page));
4881 }
4882 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4883
4884 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4885                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4886 {
4887         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4888         struct page *page;
4889         int offset;
4890
4891         if (unlikely(!nc->va)) {
4892 refill:
4893                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4894                 if (!page)
4895                         return NULL;
4896
4897 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4898                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4899                 size = nc->size;
4900 #endif
4901                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4902                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4903                  */
4904                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4905
4906                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4907                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4908                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4909                 nc->offset = size;
4910         }
4911
4912         offset = nc->offset - fragsz;
4913         if (unlikely(offset < 0)) {
4914                 page = virt_to_page(nc->va);
4915
4916                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4917                         goto refill;
4918
4919 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4920                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4921                 size = nc->size;
4922 #endif
4923                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4924                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4925
4926                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4927                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4928                 offset = size - fragsz;
4929         }
4930
4931         nc->pagecnt_bias--;
4932         nc->offset = offset;
4933
4934         return nc->va + offset;
4935 }
4936 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4937
4938 /*
4939  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4940  */
4941 void page_frag_free(void *addr)
4942 {
4943         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4944
4945         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4946                 free_the_page(page, compound_order(page));
4947 }
4948 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4949
4950 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4951                 size_t size)
4952 {
4953         if (addr) {
4954                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4955                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4956
4957                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4958                 while (used < alloc_end) {
4959                         free_page(used);
4960                         used += PAGE_SIZE;
4961                 }
4962         }
4963         return (void *)addr;
4964 }
4965
4966 /**
4967  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4968  * @size: the number of bytes to allocate
4969  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4970  *
4971  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4972  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4973  * allocate memory in power-of-two pages.
4974  *
4975  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4976  *
4977  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4978  *
4979  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4980  */
4981 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4982 {
4983         unsigned int order = get_order(size);
4984         unsigned long addr;
4985
4986         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4987                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4988
4989         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4990         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4991 }
4992 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4993
4994 /**
4995  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4996  *                         pages on a node.
4997  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4998  * @size: the number of bytes to allocate
4999  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5000  *
5001  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5002  * back.
5003  *
5004  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5005  */
5006 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5007 {
5008         unsigned int order = get_order(size);
5009         struct page *p;
5010
5011         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5012                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5013
5014         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5015         if (!p)
5016                 return NULL;
5017         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5018 }
5019
5020 /**
5021  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5022  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5023  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5024  *
5025  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5026  */
5027 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5028 {
5029         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5030         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5031
5032         while (addr < end) {
5033                 free_page(addr);
5034                 addr += PAGE_SIZE;
5035         }
5036 }
5037 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5038
5039 /**
5040  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5041  * @offset: The zone index of the highest zone
5042  *
5043  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5044  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5045  * zone, the number of pages is calculated as:
5046  *
5047  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5048  *
5049  * Return: number of pages beyond high watermark.
5050  */
5051 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5052 {
5053         struct zoneref *z;
5054         struct zone *zone;
5055
5056         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5057         unsigned long sum = 0;
5058
5059         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5060
5061         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5062                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5063                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5064                 if (size > high)
5065                         sum += size - high;
5066         }
5067
5068         return sum;
5069 }
5070
5071 /**
5072  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5073  *
5074  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5075  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5076  *
5077  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5078  * ZONE_NORMAL.
5079  */
5080 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5081 {
5082         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5083 }
5084 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5085
5086 /**
5087  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
5088  *
5089  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
5090  * high watermark within all zones.
5091  *
5092  * Return: number of pages beyond high watermark within all zones.
5093  */
5094 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
5095 {
5096         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5097 }
5098
5099 static inline void show_node(struct zone *zone)
5100 {
5101         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5102                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5103 }
5104
5105 long si_mem_available(void)
5106 {
5107         long available;
5108         unsigned long pagecache;
5109         unsigned long wmark_low = 0;
5110         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5111         unsigned long reclaimable;
5112         struct zone *zone;
5113         int lru;
5114
5115         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5116                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5117
5118         for_each_zone(zone)
5119                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5120
5121         /*
5122          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5123          * without causing swapping.
5124          */
5125         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5126
5127         /*
5128          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5129          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5130          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5131          */
5132         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5133         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5134         available += pagecache;
5135
5136         /*
5137          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5138          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5139          * low watermark.
5140          */
5141         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
5142                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5143         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5144
5145         if (available < 0)
5146                 available = 0;
5147         return available;
5148 }
5149 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5150
5151 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5152 {
5153         val->totalram = totalram_pages();
5154         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5155         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5156         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5157         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5158         val->freehigh = nr_free_highpages();
5159         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5160 }
5161
5162 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5163
5164 #ifdef CONFIG_NUMA
5165 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5166 {
5167         int zone_type;          /* needs to be signed */
5168         unsigned long managed_pages = 0;
5169         unsigned long managed_highpages = 0;
5170         unsigned long free_highpages = 0;
5171         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5172
5173         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5174                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5175         val->totalram = managed_pages;
5176         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5177         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5178 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5179         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5180                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5181
5182                 if (is_highmem(zone)) {
5183                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5184                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5185                 }
5186         }
5187         val->totalhigh = managed_highpages;
5188         val->freehigh = free_highpages;
5189 #else
5190         val->totalhigh = managed_highpages;
5191         val->freehigh = free_highpages;
5192 #endif
5193         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5194 }
5195 #endif
5196
5197 /*
5198  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5199  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5200  */
5201 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5202 {
5203         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5204                 return false;
5205
5206         /*
5207          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5208          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5209          * have to be precise here.
5210          */
5211         if (!nodemask)
5212                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5213
5214         return !node_isset(nid, *nodemask);
5215 }
5216
5217 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5218
5219 static void show_migration_types(unsigned char type)
5220 {
5221         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5222                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5223                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5224                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5225                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5226 #ifdef CONFIG_CMA
5227                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5228 #endif
5229 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5230                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5231 #endif
5232         };
5233         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5234         char *p = tmp;
5235         int i;
5236
5237         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5238                 if (type & (1 << i))
5239                         *p++ = types[i];
5240         }
5241
5242         *p = '\0';
5243         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5244 }
5245
5246 /*
5247  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5248  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5249  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5250  *
5251  * Bits in @filter:
5252  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5253  *   cpuset.
5254  */
5255 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5256 {
5257         unsigned long free_pcp = 0;
5258         int cpu;
5259         struct zone *zone;
5260         pg_data_t *pgdat;
5261
5262         for_each_populated_zone(zone) {
5263                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5264                         continue;
5265
5266                 for_each_online_cpu(cpu)
5267                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5268         }
5269
5270         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5271                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5272                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
5273                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5274                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5275                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5276                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5277                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5278                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5279                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5280                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5281                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5282                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5283                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5284                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5285                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
5286                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
5287                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
5288                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5289                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5290                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5291                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5292                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5293                 free_pcp,
5294                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5295
5296         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5297                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5298                         continue;
5299
5300                 printk("Node %d"
5301                         " active_anon:%lukB"
5302                         " inactive_anon:%lukB"
5303                         " active_file:%lukB"
5304                         " inactive_file:%lukB"
5305                         " unevictable:%lukB"
5306                         " isolated(anon):%lukB"
5307                         " isolated(file):%lukB"
5308                         " mapped:%lukB"
5309                         " dirty:%lukB"
5310                         " writeback:%lukB"
5311                         " shmem:%lukB"
5312 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5313                         " shmem_thp: %lukB"
5314                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5315                         " anon_thp: %lukB"
5316 #endif
5317                         " writeback_tmp:%lukB"
5318                         " unstable:%lukB"
5319                         " all_unreclaimable? %s"
5320                         "\n",
5321                         pgdat->node_id,
5322                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5323                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5324                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5325                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5326                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5327                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5328                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5329                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5330                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5331                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5332                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5333 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5334                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5335                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5336                                         * HPAGE_PMD_NR),
5337                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5338 #endif
5339                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5340                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
5341                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5342                                 "yes" : "no");
5343         }
5344
5345         for_each_populated_zone(zone) {
5346                 int i;
5347
5348                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5349                         continue;
5350
5351                 free_pcp = 0;
5352                 for_each_online_cpu(cpu)
5353                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5354
5355                 show_node(zone);
5356                 printk(KERN_CONT
5357                         "%s"
5358                         " free:%lukB"
5359                         " min:%lukB"
5360                         " low:%lukB"
5361                         " high:%lukB"
5362                         " active_anon:%lukB"
5363                         " inactive_anon:%lukB"
5364                         " active_file:%lukB"
5365                         " inactive_file:%lukB"
5366                         " unevictable:%lukB"
5367                         " writepending:%lukB"
5368                         " present:%lukB"
5369                         " managed:%lukB"
5370                         " mlocked:%lukB"
5371                         " kernel_stack:%lukB"
5372                         " pagetables:%lukB"
5373                         " bounce:%lukB"
5374                         " free_pcp:%lukB"
5375                         " local_pcp:%ukB"
5376                         " free_cma:%lukB"
5377                         "\n",
5378                         zone->name,
5379                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5380                         K(min_wmark_pages(zone)),
5381                         K(low_wmark_pages(zone)),
5382                         K(high_wmark_pages(zone)),
5383                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5384                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5385                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5386                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5387                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5388                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5389                         K(zone->present_pages),
5390                         K(zone_managed_pages(zone)),
5391                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5392                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5393                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5394                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5395                         K(free_pcp),
5396                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5397                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5398                 printk("lowmem_reserve[]:");
5399                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5400                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5401                 printk(KERN_CONT "\n");
5402         }
5403
5404         for_each_populated_zone(zone) {
5405                 unsigned int order;
5406                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5407                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5408
5409                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5410                         continue;
5411                 show_node(zone);
5412                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5413
5414                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5415                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5416                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5417                         int type;
5418
5419                         nr[order] = area->nr_free;
5420                         total += nr[order] << order;
5421
5422                         types[order] = 0;
5423                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5424                                 if (!free_area_empty(area, type))
5425                                         types[order] |= 1 << type;
5426                         }
5427                 }
5428                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5429                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5430                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5431                                nr[order], K(1UL) << order);
5432                         if (nr[order])
5433                                 show_migration_types(types[order]);
5434                 }
5435                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5436         }
5437
5438         hugetlb_show_meminfo();
5439
5440         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5441
5442         show_swap_cache_info();
5443 }
5444
5445 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5446 {
5447         zoneref->zone = zone;
5448         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5449 }
5450
5451 /*
5452  * Builds allocation fallback zone lists.
5453  *
5454  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5455  */
5456 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5457 {
5458         struct zone *zone;
5459         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5460         int nr_zones = 0;
5461
5462         do {
5463                 zone_type--;
5464                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5465                 if (managed_zone(zone)) {
5466                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5467                         check_highest_zone(zone_type);
5468                 }
5469         } while (zone_type);
5470
5471         return nr_zones;
5472 }
5473
5474 #ifdef CONFIG_NUMA
5475
5476 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5477 {
5478         /*
5479          * We used to support different zonlists modes but they turned
5480          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5481          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5482          * not fail it silently
5483          */
5484         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5485                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5486                 return -EINVAL;
5487         }
5488         return 0;
5489 }
5490
5491 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5492 {
5493         if (!s)
5494                 return 0;
5495
5496         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5497 }
5498 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5499
5500 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5501
5502 /*
5503  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5504  */
5505 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5506                 void __user *buffer, size_t *length,
5507                 loff_t *ppos)
5508 {
5509         char *str;
5510         int ret;
5511
5512         if (!write)
5513                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5514         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5515         if (IS_ERR(str))
5516                 return PTR_ERR(str);
5517
5518         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5519         kfree(str);
5520         return ret;
5521 }
5522
5523
5524 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5525 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5526
5527 /**
5528  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5529  * @node: node whose fallback list we're appending
5530  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5531  *
5532  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5533  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5534  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5535  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5536  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5537  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5538  * on them otherwise.
5539  *
5540  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5541  */
5542 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5543 {
5544         int n, val;
5545         int min_val = INT_MAX;
5546         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5547         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5548
5549         /* Use the local node if we haven't already */
5550         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5551                 node_set(node, *used_node_mask);
5552                 return node;
5553         }
5554
5555         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5556
5557                 /* Don't want a node to appear more than once */
5558                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5559                         continue;
5560
5561                 /* Use the distance array to find the distance */
5562                 val = node_distance(node, n);
5563
5564                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5565                 val += (n < node);
5566
5567                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5568                 tmp = cpumask_of_node(n);
5569                 if (!cpumask_empty(tmp))
5570                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5571
5572                 /* Slight preference for less loaded node */
5573                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5574                 val += node_load[n];
5575
5576                 if (val < min_val) {
5577                         min_val = val;
5578                         best_node = n;
5579                 }
5580         }
5581
5582         if (best_node >= 0)
5583                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5584
5585         return best_node;
5586 }
5587
5588
5589 /*
5590  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5591  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5592  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5593  */
5594 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5595                 unsigned nr_nodes)
5596 {
5597         struct zoneref *zonerefs;
5598         int i;
5599
5600         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5601
5602         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5603                 int nr_zones;
5604
5605                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5606
5607                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5608                 zonerefs += nr_zones;
5609         }
5610         zonerefs->zone = NULL;
5611         zonerefs->zone_idx = 0;
5612 }
5613
5614 /*
5615  * Build gfp_thisnode zonelists
5616  */
5617 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5618 {
5619         struct zoneref *zonerefs;
5620         int nr_zones;
5621
5622         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5623         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5624         zonerefs += nr_zones;
5625         zonerefs->zone = NULL;
5626         zonerefs->zone_idx = 0;
5627 }
5628
5629 /*
5630  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5631  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5632  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5633  * may still exist in local DMA zone.
5634  */
5635
5636 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5637 {
5638         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5639         int node, load, nr_nodes = 0;
5640         nodemask_t used_mask;
5641         int local_node, prev_node;
5642
5643         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5644         local_node = pgdat->node_id;
5645         load = nr_online_nodes;
5646         prev_node = local_node;
5647         nodes_clear(used_mask);
5648
5649         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5650         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5651                 /*
5652                  * We don't want to pressure a particular node.
5653                  * So adding penalty to the first node in same
5654                  * distance group to make it round-robin.
5655                  */
5656                 if (node_distance(local_node, node) !=
5657                     node_distance(local_node, prev_node))
5658                         node_load[node] = load;
5659
5660                 node_order[nr_nodes++] = node;
5661                 prev_node = node;
5662                 load--;
5663         }
5664
5665         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5666         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5667 }
5668
5669 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5670 /*
5671  * Return node id of node used for "local" allocations.
5672  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5673  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5674  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5675  */
5676 int local_memory_node(int node)
5677 {
5678         struct zoneref *z;
5679
5680         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5681                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5682                                    NULL);
5683         return zone_to_nid(z->zone);
5684 }
5685 #endif
5686
5687 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5688 static void setup_min_slab_ratio(void);
5689 #else   /* CONFIG_NUMA */
5690
5691 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5692 {
5693         int node, local_node;
5694         struct zoneref *zonerefs;
5695         int nr_zones;
5696
5697         local_node = pgdat->node_id;
5698
5699         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5700         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5701         zonerefs += nr_zones;
5702
5703         /*
5704          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5705          * of all the other nodes.
5706          * We don't want to pressure a particular node, so when
5707          * building the zones for node N, we make sure that the
5708          * zones coming right after the local ones are those from
5709          * node N+1 (modulo N)
5710          */
5711         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5712                 if (!node_online(node))
5713                         continue;
5714                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5715                 zonerefs += nr_zones;
5716         }
5717         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5718                 if (!node_online(node))
5719                         continue;
5720                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5721                 zonerefs += nr_zones;
5722         }
5723
5724         zonerefs->zone = NULL;
5725         zonerefs->zone_idx = 0;
5726 }
5727
5728 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5729
5730 /*
5731  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5732  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5733  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5734  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5735  * with interrupts disabled.
5736  *
5737  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5738  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5739  * hotplugged processors.
5740  *
5741  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5742  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5743  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5744  */
5745 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5746 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5747 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5748
5749 static void __build_all_zonelists(void *data)
5750 {
5751         int nid;
5752         int __maybe_unused cpu;
5753         pg_data_t *self = data;
5754         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5755
5756         spin_lock(&lock);
5757
5758 #ifdef CONFIG_NUMA
5759         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5760 #endif
5761
5762         /*
5763          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5764          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5765          */
5766         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5767                 build_zonelists(self);
5768         } else {
5769                 for_each_online_node(nid) {
5770                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5771
5772                         build_zonelists(pgdat);
5773                 }
5774
5775 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5776                 /*
5777                  * We now know the "local memory node" for each node--
5778                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5779                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5780                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5781                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5782                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5783                  */
5784                 for_each_online_cpu(cpu)
5785                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5786 #endif
5787         }
5788
5789         spin_unlock(&lock);
5790 }
5791
5792 static noinline void __init
5793 build_all_zonelists_init(void)
5794 {
5795         int cpu;
5796
5797         __build_all_zonelists(NULL);
5798
5799         /*
5800          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5801          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5802          * each zone will be allocated later when the per cpu
5803          * allocator is available.
5804          *
5805          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5806          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5807          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5808          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5809          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5810          * (a chicken-egg dilemma).
5811          */
5812         for_each_possible_cpu(cpu)
5813                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5814
5815         mminit_verify_zonelist();
5816         cpuset_init_current_mems_allowed();
5817 }
5818
5819 /*
5820  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5821  *
5822  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5823  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5824  */
5825 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5826 {
5827         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5828                 build_all_zonelists_init();
5829         } else {
5830                 __build_all_zonelists(pgdat);
5831                 /* cpuset refresh routine should be here */
5832         }
5833         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5834         /*
5835          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5836          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5837          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5838          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5839          * disabled and enable it later
5840          */
5841         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5842                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5843         else
5844                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5845
5846         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5847                 nr_online_nodes,
5848                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5849                 vm_total_pages);
5850 #ifdef CONFIG_NUMA
5851         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5852 #endif
5853 }
5854
5855 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5856 static bool __meminit
5857 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5858 {
5859 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5860         static struct memblock_region *r;
5861
5862         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5863                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5864                         for_each_memblock(memory, r) {
5865                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5866                                         break;
5867                         }
5868                 }
5869                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5870                     memblock_is_mirror(r)) {
5871                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5872                         return true;
5873                 }
5874         }
5875 #endif
5876         return false;
5877 }
5878
5879 /*
5880  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5881  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5882  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5883  */
5884 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5885                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5886                 struct vmem_altmap *altmap)
5887 {
5888         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5889         struct page *page;
5890
5891         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5892                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5893
5894 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5895         /*
5896          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5897          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5898          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5899          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5900          * the hotplug lock.
5901          */
5902         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5903                 if (!altmap)
5904                         return;
5905
5906                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5907                         start_pfn += altmap->reserve;
5908                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5909         }
5910 #endif
5911
5912         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5913                 /*
5914                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5915                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5916                  */
5917                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5918                         if (!early_pfn_valid(pfn))
5919                                 continue;
5920                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5921                                 continue;
5922                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
5923                                 continue;
5924                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
5925                                 break;
5926                 }
5927
5928                 page = pfn_to_page(pfn);
5929                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5930                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5931                         __SetPageReserved(page);
5932
5933                 /*
5934                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5935                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5936                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5937                  * the address space during boot when many long-lived
5938                  * kernel allocations are made.
5939                  *
5940                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5941                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5942                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5943                  * pfn out of zone.
5944                  */
5945                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5946                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5947                         cond_resched();
5948                 }
5949         }
5950 }
5951
5952 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5953 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
5954                                    unsigned long start_pfn,
5955                                    unsigned long size,
5956                                    struct dev_pagemap *pgmap)
5957 {
5958         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5959         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5960         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
5961         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
5962         unsigned long start = jiffies;
5963         int nid = pgdat->node_id;
5964
5965         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
5966                 return;
5967
5968         /*
5969          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
5970          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
5971          * the end of that region and start processing the device pages.
5972          */
5973         if (altmap) {
5974                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5975                 size = end_pfn - start_pfn;
5976         }
5977
5978         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5979                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5980
5981                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
5982
5983                 /*
5984                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
5985                  * phase for it to be fully associated with a zone.
5986                  *
5987                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
5988                  * the flag as we are still initializing the pages.
5989                  */
5990                 __SetPageReserved(page);
5991
5992                 /*
5993                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
5994                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
5995                  * ever freed or placed on a driver-private list.
5996                  */
5997                 page->pgmap = pgmap;
5998                 page->zone_device_data = NULL;
5999
6000                 /*
6001                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6002                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6003                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6004                  * the address space during boot when many long-lived
6005                  * kernel allocations are made.
6006                  *
6007                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6008                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6009                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6010                  * pfn out of zone.
6011                  *
6012                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6013                  * because this is done early in section_activate()
6014                  */
6015                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6016                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6017                         cond_resched();
6018                 }
6019         }
6020
6021         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6022                 size, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6023 }
6024
6025 #endif
6026 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6027 {
6028         unsigned int order, t;
6029         for_each_migratetype_order(order, t) {
6030                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6031                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6032         }
6033 }
6034
6035 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6036                                   unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
6037 {
6038         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, MEMMAP_EARLY, NULL);
6039 }
6040
6041 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6042 {
6043 #ifdef CONFIG_MMU
6044         int batch;
6045
6046         /*
6047          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6048          * size of the zone.
6049          */
6050         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6051         /* But no more than a meg. */
6052         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6053                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6054         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6055         if (batch < 1)
6056                 batch = 1;
6057
6058         /*
6059          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6060          * of 2 value was found to be more likely to have
6061          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6062          *
6063          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6064          * batches of pages, one task can end up with a lot
6065          * of pages of one half of the possible page colors
6066          * and the other with pages of the other colors.
6067          */
6068         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6069
6070         return batch;
6071
6072 #else
6073         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6074          * conditions.
6075          *
6076          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6077          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6078          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6079          *
6080          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6081          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6082          * can be a significant delay between the individual batches being
6083          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6084          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6085          */
6086         return 0;
6087 #endif
6088 }
6089
6090 /*
6091  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6092  * ->batch must never be higher then ->high.
6093  * The following function updates them in a safe manner without read side
6094  * locking.
6095  *
6096  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6097  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
6098  *
6099  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6100  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6101  * exist).
6102  */
6103 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6104                 unsigned long batch)
6105 {
6106        /* start with a fail safe value for batch */
6107         pcp->batch = 1;
6108         smp_wmb();
6109
6110        /* Update high, then batch, in order */
6111         pcp->high = high;
6112         smp_wmb();
6113
6114         pcp->batch = batch;
6115 }
6116
6117 /* a companion to pageset_set_high() */
6118 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6119 {
6120         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6121 }
6122
6123 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6124 {
6125         struct per_cpu_pages *pcp;
6126         int migratetype;
6127
6128         memset(p, 0, sizeof(*p));
6129
6130         pcp = &p->pcp;
6131         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6132                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6133 }
6134
6135 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6136 {
6137         pageset_init(p);
6138         pageset_set_batch(p, batch);
6139 }
6140
6141 /*
6142  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6143  * to the value high for the pageset p.
6144  */
6145 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6146                                 unsigned long high)
6147 {
6148         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6149         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6150                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6151
6152         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6153 }
6154
6155 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6156                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6157 {
6158         if (percpu_pagelist_fraction)
6159                 pageset_set_high(pcp,
6160                         (zone_managed_pages(zone) /
6161                                 percpu_pagelist_fraction));
6162         else
6163                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6164 }
6165
6166 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6167 {
6168         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6169
6170         pageset_init(pcp);
6171         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6172 }
6173
6174 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6175 {
6176         int cpu;
6177         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6178         for_each_possible_cpu(cpu)
6179                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6180 }
6181
6182 /*
6183  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6184  * Before this call only boot pagesets were available.
6185  */
6186 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6187 {
6188         struct pglist_data *pgdat;
6189         struct zone *zone;
6190
6191         for_each_populated_zone(zone)
6192                 setup_zone_pageset(zone);
6193
6194         for_each_online_pgdat(pgdat)
6195                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6196                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6197 }
6198
6199 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6200 {
6201         /*
6202          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6203          * relies on the ability of the linker to provide the
6204          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6205          */
6206         zone->pageset = &boot_pageset;
6207
6208         if (populated_zone(zone))
6209                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6210                         zone->name, zone->present_pages,
6211                                          zone_batchsize(zone));
6212 }
6213
6214 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6215                                         unsigned long zone_start_pfn,
6216                                         unsigned long size)
6217 {
6218         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6219         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6220
6221         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6222                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6223
6224         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6225
6226         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6227                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6228                         pgdat->node_id,
6229                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6230                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6231
6232         zone_init_free_lists(zone);
6233         zone->initialized = 1;
6234 }
6235
6236 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6237 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
6238
6239 /*
6240  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
6241  */
6242 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
6243                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
6244 {
6245         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6246         int nid;
6247
6248         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
6249                 return state->last_nid;
6250
6251         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
6252         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
6253                 state->last_start = start_pfn;
6254                 state->last_end = end_pfn;
6255                 state->last_nid = nid;
6256         }
6257
6258         return nid;
6259 }
6260 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
6261
6262 /**
6263  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
6264  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
6265  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
6266  *
6267  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
6268  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
6269  * memblock_free_early_nid() manually.
6270  */
6271 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
6272 {
6273         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6274         int i, this_nid;
6275
6276         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
6277                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
6278                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
6279
6280                 if (start_pfn < end_pfn)
6281                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
6282                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
6283                                         this_nid);
6284         }
6285 }
6286
6287 /**
6288  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
6289  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
6290  *
6291  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
6292  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
6293  */
6294 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
6295 {
6296         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6297         int i, this_nid;
6298
6299         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
6300                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
6301 }
6302
6303 /**
6304  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6305  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6306  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6307  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6308  *
6309  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6310  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6311  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6312  * PFNs will be 0.
6313  */
6314 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6315                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6316 {
6317         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6318         int i;
6319
6320         *start_pfn = -1UL;
6321         *end_pfn = 0;
6322
6323         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6324                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6325                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6326         }
6327
6328         if (*start_pfn == -1UL)
6329                 *start_pfn = 0;
6330 }
6331
6332 /*
6333  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6334  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6335  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6336  */
6337 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6338 {
6339         int zone_index;
6340         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6341                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6342                         continue;
6343
6344                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6345                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6346                         break;
6347         }
6348
6349         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6350         movable_zone = zone_index;
6351 }
6352
6353 /*
6354  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6355  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6356  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6357  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6358  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6359  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6360  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6361  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6362  */
6363 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6364                                         unsigned long zone_type,
6365                                         unsigned long node_start_pfn,
6366                                         unsigned long node_end_pfn,
6367                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6368                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6369 {
6370         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6371         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6372                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6373                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6374                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6375                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6376                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6377
6378                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6379                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6380                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6381                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6382                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6383
6384                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6385                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6386                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6387         }
6388 }
6389
6390 /*
6391  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6392  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6393  */
6394 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6395                                         unsigned long zone_type,
6396                                         unsigned long node_start_pfn,
6397                                         unsigned long node_end_pfn,
6398                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6399                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6400                                         unsigned long *ignored)
6401 {
6402         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6403         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6404         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6405         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6406                 return 0;
6407
6408         /* Get the start and end of the zone */
6409         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6410         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6411         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6412                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6413                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6414
6415         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6416         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6417                 return 0;
6418
6419         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6420         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6421         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6422
6423         /* Return the spanned pages */
6424         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6425 }
6426
6427 /*
6428  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6429  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6430  */
6431 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6432                                 unsigned long range_start_pfn,
6433                                 unsigned long range_end_pfn)
6434 {
6435         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6436         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6437         int i;
6438
6439         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6440                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6441                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6442                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6443         }
6444         return nr_absent;
6445 }
6446
6447 /**
6448  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6449  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6450  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6451  *
6452  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6453  */
6454 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6455                                                         unsigned long end_pfn)
6456 {
6457         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6458 }
6459
6460 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6461 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6462                                         unsigned long zone_type,
6463                                         unsigned long node_start_pfn,
6464                                         unsigned long node_end_pfn,
6465                                         unsigned long *ignored)
6466 {
6467         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6468         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6469         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6470         unsigned long nr_absent;
6471
6472         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6473         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6474                 return 0;
6475
6476         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6477         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6478
6479         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6480                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6481                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6482         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6483
6484         /*
6485          * ZONE_MOVABLE handling.
6486          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6487          * and vice versa.
6488          */
6489         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6490                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6491                 struct memblock_region *r;
6492
6493                 for_each_memblock(memory, r) {
6494                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6495                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6496                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6497                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6498
6499                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6500                             memblock_is_mirror(r))
6501                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6502
6503                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6504                             !memblock_is_mirror(r))
6505                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6506                 }
6507         }
6508
6509         return nr_absent;
6510 }
6511
6512 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6513 static inline unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6514                                         unsigned long zone_type,
6515                                         unsigned long node_start_pfn,
6516                                         unsigned long node_end_pfn,
6517                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6518                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6519                                         unsigned long *zones_size)
6520 {
6521         unsigned int zone;
6522
6523         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6524         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6525                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6526
6527         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6528
6529         return zones_size[zone_type];
6530 }
6531
6532 static inline unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6533                                                 unsigned long zone_type,
6534                                                 unsigned long node_start_pfn,
6535                                                 unsigned long node_end_pfn,
6536                                                 unsigned long *zholes_size)
6537 {
6538         if (!zholes_size)
6539                 return 0;
6540
6541         return zholes_size[zone_type];
6542 }
6543
6544 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6545
6546 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6547                                                 unsigned long node_start_pfn,
6548                                                 unsigned long node_end_pfn,
6549                                                 unsigned long *zones_size,
6550                                                 unsigned long *zholes_size)
6551 {
6552         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6553         enum zone_type i;
6554
6555         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6556                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6557                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6558                 unsigned long size, real_size;
6559
6560                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6561                                                   node_start_pfn,
6562                                                   node_end_pfn,
6563                                                   &zone_start_pfn,
6564                                                   &zone_end_pfn,
6565                                                   zones_size);
6566                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6567                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6568                                                   zholes_size);
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(node_lruvec(pgdat));
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 defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6869                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6870                         mem_map -= offset;
6871 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6872         }
6873 #endif
6874 }
6875 #else
6876 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6877 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6878
6879 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6880 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6881 {
6882         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6883 }
6884 #else
6885 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6886 #endif
6887
6888 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6889                                    unsigned long node_start_pfn,
6890                                    unsigned long *zholes_size)
6891 {
6892         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6893         unsigned long start_pfn = 0;
6894         unsigned long end_pfn = 0;
6895
6896         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6897         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6898
6899         pgdat->node_id = nid;
6900         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6901         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6902 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6903         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6904         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6905                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6906                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6907 #else
6908         start_pfn = node_start_pfn;
6909 #endif
6910         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6911                                   zones_size, zholes_size);
6912
6913         alloc_node_mem_map(pgdat);
6914         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6915
6916         free_area_init_core(pgdat);
6917 }
6918
6919 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6920 /*
6921  * Zero all valid struct pages in range [spfn, epfn), return number of struct
6922  * pages zeroed
6923  */
6924 static u64 zero_pfn_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6925 {
6926         unsigned long pfn;
6927         u64 pgcnt = 0;
6928
6929         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6930                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6931                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6932                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6933                         continue;
6934                 }
6935                 mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6936                 pgcnt++;
6937         }
6938
6939         return pgcnt;
6940 }
6941
6942 /*
6943  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6944  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6945  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6946  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6947  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6948  *
6949  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6950  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6951  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6952  * layout is manually configured via memmap=.
6953  */
6954 void __init zero_resv_unavail(void)
6955 {
6956         phys_addr_t start, end;
6957         u64 i, pgcnt;
6958         phys_addr_t next = 0;
6959
6960         /*
6961          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6962          */
6963         pgcnt = 0;
6964         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6965                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6966                 if (next < start)
6967                         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), PFN_UP(start));
6968                 next = end;
6969         }
6970         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), max_pfn);
6971
6972         /*
6973          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6974          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6975          */
6976         if (pgcnt)
6977                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
6978 }
6979 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6980
6981 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6982
6983 #if MAX_NUMNODES > 1
6984 /*
6985  * Figure out the number of possible node ids.
6986  */
6987 void __init setup_nr_node_ids(void)
6988 {
6989         unsigned int highest;
6990
6991         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6992         nr_node_ids = highest + 1;
6993 }
6994 #endif
6995
6996 /**
6997  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6998  *
6999  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7000  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7001  * all the nodes.
7002  *
7003  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7004  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7005  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7006  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7007  *
7008  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7009  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7010  * populated node map.
7011  *
7012  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7013  * requirement (single node).
7014  */
7015 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7016 {
7017         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7018         unsigned long start, end, mask;
7019         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7020         int i, nid;
7021
7022         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7023                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7024                         last_nid = nid;
7025                         last_end = end;
7026                         continue;
7027                 }
7028
7029                 /*
7030                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7031                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7032                  * too coarse to separate the current node from the last.
7033                  */
7034                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7035                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7036                         mask <<= 1;
7037
7038                 /* accumulate all internode masks */
7039                 accl_mask |= mask;
7040         }
7041
7042         /* convert mask to number of pages */
7043         return ~accl_mask + 1;
7044 }
7045
7046 /* Find the lowest pfn for a node */
7047 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
7048 {
7049         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
7050         unsigned long start_pfn;
7051         int i;
7052
7053         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
7054                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
7055
7056         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
7057                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
7058                 return 0;
7059         }
7060
7061         return min_pfn;
7062 }
7063
7064 /**
7065  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7066  *
7067  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7068  * memblock_set_node().
7069  */
7070 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7071 {
7072         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
7073 }
7074
7075 /*
7076  * early_calculate_totalpages()
7077  * Sum pages in active regions for movable zone.
7078  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7079  */
7080 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7081 {
7082         unsigned long totalpages = 0;
7083         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7084         int i, nid;
7085
7086         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7087                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7088
7089                 totalpages += pages;
7090                 if (pages)
7091                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7092         }
7093         return totalpages;
7094 }
7095
7096 /*
7097  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7098  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7099  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7100  * others
7101  */
7102 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7103 {
7104         int i, nid;
7105         unsigned long usable_startpfn;
7106         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7107         /* save the state before borrow the nodemask */
7108         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7109         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7110         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7111         struct memblock_region *r;
7112
7113         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7114         find_usable_zone_for_movable();
7115
7116         /*
7117          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7118          * options.
7119          */
7120         if (movable_node_is_enabled()) {
7121                 for_each_memblock(memory, r) {
7122                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7123                                 continue;
7124
7125                         nid = r->nid;
7126
7127                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7128                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7129                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7130                                 usable_startpfn;
7131                 }
7132
7133                 goto out2;
7134         }
7135
7136         /*
7137          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7138          */
7139         if (mirrored_kernelcore) {
7140                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7141
7142                 for_each_memblock(memory, r) {
7143                         if (memblock_is_mirror(r))
7144                                 continue;
7145
7146                         nid = r->nid;
7147
7148                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7149
7150                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7151                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7152                                 continue;
7153                         }
7154
7155                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7156                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7157                                 usable_startpfn;
7158                 }
7159
7160                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7161                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
7162
7163                 goto out2;
7164         }
7165
7166         /*
7167          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7168          * amount of necessary memory.
7169          */
7170         if (required_kernelcore_percent)
7171                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7172                                        10000UL;
7173         if (required_movablecore_percent)
7174                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7175                                         10000UL;
7176
7177         /*
7178          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7179          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7180          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7181          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7182          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7183          * what movablecore would have allowed.
7184          */
7185         if (required_movablecore) {
7186                 unsigned long corepages;
7187
7188                 /*
7189                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7190                  * was requested by the user
7191                  */
7192                 required_movablecore =
7193                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7194                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7195                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7196
7197                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7198         }
7199
7200         /*
7201          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7202          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7203          */
7204         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7205                 goto out;
7206
7207         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7208         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7209
7210 restart:
7211         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7212         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7213         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7214                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7215
7216                 /*
7217                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7218                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7219                  * amount of memory for the kernel
7220                  */
7221                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7222                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7223
7224                 /*
7225                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7226                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7227                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7228                  */
7229                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7230
7231                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7232                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7233                         unsigned long size_pages;
7234
7235                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7236                         if (start_pfn >= end_pfn)
7237                                 continue;
7238
7239                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7240                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7241                                 unsigned long kernel_pages;
7242                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7243                                                                 - start_pfn;
7244
7245                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7246                                                         kernelcore_remaining);
7247                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7248                                                         required_kernelcore);
7249
7250                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7251                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7252
7253                                         /*
7254                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7255                                          * that if we have to rebalance
7256                                          * kernelcore across nodes, we will
7257                                          * not double account here
7258                                          */
7259                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7260                                         continue;
7261                                 }
7262                                 start_pfn = usable_startpfn;
7263                         }
7264
7265                         /*
7266                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7267                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7268                          * number of pages used as kernelcore
7269                          */
7270                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7271                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7272                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7273                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7274
7275                         /*
7276                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7277                          * break if the kernelcore for this node has been
7278                          * satisfied
7279                          */
7280                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7281                                                                 size_pages);
7282                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7283                         if (!kernelcore_remaining)
7284                                 break;
7285                 }
7286         }
7287
7288         /*
7289          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7290          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7291          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7292          * satisfied
7293          */
7294         usable_nodes--;
7295         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7296                 goto restart;
7297
7298 out2:
7299         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7300         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7301                 zone_movable_pfn[nid] =
7302                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7303
7304 out:
7305         /* restore the node_state */
7306         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7307 }
7308
7309 /* Any regular or high memory on that node ? */
7310 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7311 {
7312         enum zone_type zone_type;
7313
7314         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7315                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7316                 if (populated_zone(zone)) {
7317                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7318                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7319                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7320                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7321                         break;
7322                 }
7323         }
7324 }
7325
7326 /**
7327  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
7328  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7329  *
7330  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7331  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7332  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7333  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7334  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7335  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7336  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7337  * at arch_max_dma_pfn.
7338  */
7339 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
7340 {
7341         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7342         int i, nid;
7343
7344         /* Record where the zone boundaries are */
7345         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7346                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7347         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7348                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7349
7350         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7351
7352         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7353                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7354                         continue;
7355
7356                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
7357                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
7358                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
7359
7360                 start_pfn = end_pfn;
7361         }
7362
7363         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7364         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7365         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7366
7367         /* Print out the zone ranges */
7368         pr_info("Zone ranges:\n");
7369         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7370                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7371                         continue;
7372                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7373                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7374                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7375                         pr_cont("empty\n");
7376                 else
7377                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7378                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7379                                         << PAGE_SHIFT,
7380                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7381                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7382         }
7383
7384         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7385         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7386         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7387                 if (zone_movable_pfn[i])
7388                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7389                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7390         }
7391
7392         /*
7393          * Print out the early node map, and initialize the
7394          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7395          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7396          */
7397         pr_info("Early memory node ranges\n");
7398         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7399                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7400                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7401                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7402                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7403         }
7404
7405         /* Initialise every node */
7406         mminit_verify_pageflags_layout();
7407         setup_nr_node_ids();
7408         zero_resv_unavail();
7409         for_each_online_node(nid) {
7410                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7411                 free_area_init_node(nid, NULL,
7412                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
7413
7414                 /* Any memory on that node */
7415                 if (pgdat->node_present_pages)
7416                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7417                 check_for_memory(pgdat, nid);
7418         }
7419 }
7420
7421 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7422                                      unsigned long *percent)
7423 {
7424         unsigned long long coremem;
7425         char *endptr;
7426
7427         if (!p)
7428                 return -EINVAL;
7429
7430         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7431         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7432         if (*endptr == '%') {
7433                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7434                 WARN_ON(coremem > 100);
7435
7436                 *percent = coremem;
7437         } else {
7438                 coremem = memparse(p, &p);
7439                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7440                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7441
7442                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7443                 *percent = 0UL;
7444         }
7445         return 0;
7446 }
7447
7448 /*
7449  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7450  * cannot be reclaimed or migrated.
7451  */
7452 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7453 {
7454         /* parse kernelcore=mirror */
7455         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7456                 mirrored_kernelcore = true;
7457                 return 0;
7458         }
7459
7460         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7461                                   &required_kernelcore_percent);
7462 }
7463
7464 /*
7465  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7466  * can be reclaimed or migrated.
7467  */
7468 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7469 {
7470         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7471                                   &required_movablecore_percent);
7472 }
7473
7474 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7475 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7476
7477 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
7478
7479 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7480 {
7481         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7482         totalram_pages_add(count);
7483 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7484         if (PageHighMem(page))
7485                 totalhigh_pages_add(count);
7486 #endif
7487 }
7488 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7489
7490 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7491 {
7492         void *pos;
7493         unsigned long pages = 0;
7494
7495         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7496         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7497         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7498                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7499                 void *direct_map_addr;
7500
7501                 /*
7502                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7503                  * because some architectures' virt_to_page()
7504                  * work with aliases.  Getting the direct map
7505                  * address ensures that we get a _writeable_
7506                  * alias for the memset().
7507                  */
7508                 direct_map_addr = page_address(page);
7509                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7510                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7511
7512                 free_reserved_page(page);
7513         }
7514
7515         if (pages && s)
7516                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7517                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7518
7519         return pages;
7520 }
7521
7522 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7523 void free_highmem_page(struct page *page)
7524 {
7525         __free_reserved_page(page);
7526         totalram_pages_inc();
7527         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7528         totalhigh_pages_inc();
7529 }
7530 #endif
7531
7532
7533 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7534 {
7535         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7536         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7537
7538         physpages = get_num_physpages();
7539         codesize = _etext - _stext;
7540         datasize = _edata - _sdata;
7541         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7542         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7543         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7544         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7545
7546         /*
7547          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7548          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7549          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7550          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7551          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7552          */
7553 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7554         do { \
7555                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7556                         size -= adj; \
7557         } while (0)
7558
7559         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7560                      _sinittext, init_code_size);
7561         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7562         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7563         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7564         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7565
7566 #undef  adj_init_size
7567
7568         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7569 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7570                 ", %luK highmem"
7571 #endif
7572                 "%s%s)\n",
7573                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7574                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7575                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7576                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7577                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7578                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7579 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7580                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7581 #endif
7582                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7583 }
7584
7585 /**
7586  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7587  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7588  *
7589  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7590  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7591  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7592  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7593  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7594  * smaller per-cpu batchsize.
7595  */
7596 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7597 {
7598         dma_reserve = new_dma_reserve;
7599 }
7600
7601 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7602 {
7603         zero_resv_unavail();
7604         free_area_init_node(0, zones_size,
7605                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7606 }
7607
7608 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7609 {
7610
7611         lru_add_drain_cpu(cpu);
7612         drain_pages(cpu);
7613
7614         /*
7615          * Spill the event counters of the dead processor
7616          * into the current processors event counters.
7617          * This artificially elevates the count of the current
7618          * processor.
7619          */
7620         vm_events_fold_cpu(cpu);
7621
7622         /*
7623          * Zero the differential counters of the dead processor
7624          * so that the vm statistics are consistent.
7625          *
7626          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7627          * race with what we are doing.
7628          */
7629         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7630         return 0;
7631 }
7632
7633 #ifdef CONFIG_NUMA
7634 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7635
7636 static int __init set_hashdist(char *str)
7637 {
7638         if (!str)
7639                 return 0;
7640         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7641         return 1;
7642 }
7643 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7644 #endif
7645
7646 void __init page_alloc_init(void)
7647 {
7648         int ret;
7649
7650 #ifdef CONFIG_NUMA
7651         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7652                 hashdist = 0;
7653 #endif
7654
7655         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7656                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7657                                         page_alloc_cpu_dead);
7658         WARN_ON(ret < 0);
7659 }
7660
7661 /*
7662  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7663  *      or min_free_kbytes changes.
7664  */
7665 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7666 {
7667         struct pglist_data *pgdat;
7668         unsigned long reserve_pages = 0;
7669         enum zone_type i, j;
7670
7671         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7672
7673                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7674
7675                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7676                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7677                         long max = 0;
7678                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7679
7680                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7681                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7682                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7683                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7684                         }
7685
7686                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7687                         max += high_wmark_pages(zone);
7688
7689                         if (max > managed_pages)
7690                                 max = managed_pages;
7691
7692                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7693
7694                         reserve_pages += max;
7695                 }
7696         }
7697         totalreserve_pages = reserve_pages;
7698 }
7699
7700 /*
7701  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7702  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7703  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7704  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7705  */
7706 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7707 {
7708         struct pglist_data *pgdat;
7709         enum zone_type j, idx;
7710
7711         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7712                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7713                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7714                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7715
7716                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7717
7718                         idx = j;
7719                         while (idx) {
7720                                 struct zone *lower_zone;
7721
7722                                 idx--;
7723                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7724
7725                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7726                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7727                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7728                                 } else {
7729                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7730                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7731                                 }
7732                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7733                         }
7734                 }
7735         }
7736
7737         /* update totalreserve_pages */
7738         calculate_totalreserve_pages();
7739 }
7740
7741 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7742 {
7743         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7744         unsigned long lowmem_pages = 0;
7745         struct zone *zone;
7746         unsigned long flags;
7747
7748         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7749         for_each_zone(zone) {
7750                 if (!is_highmem(zone))
7751                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7752         }
7753
7754         for_each_zone(zone) {
7755                 u64 tmp;
7756
7757                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7758                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7759                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7760                 if (is_highmem(zone)) {
7761                         /*
7762                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7763                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7764                          * value here.
7765                          *
7766                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7767                          * deltas control async page reclaim, and so should
7768                          * not be capped for highmem.
7769                          */
7770                         unsigned long min_pages;
7771
7772                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7773                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7774                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7775                 } else {
7776                         /*
7777                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7778                          * proportionate to the zone's size.
7779                          */
7780                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7781                 }
7782
7783                 /*
7784                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7785                  * scale factor in proportion to available memory, but
7786                  * ensure a minimum size on small systems.
7787                  */
7788                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7789                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7790                                       watermark_scale_factor, 10000));
7791
7792                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7793                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7794                 zone->watermark_boost = 0;
7795
7796                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7797         }
7798
7799         /* update totalreserve_pages */
7800         calculate_totalreserve_pages();
7801 }
7802
7803 /**
7804  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7805  * or when memory is hot-{added|removed}
7806  *
7807  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7808  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7809  */
7810 void setup_per_zone_wmarks(void)
7811 {
7812         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7813
7814         spin_lock(&lock);
7815         __setup_per_zone_wmarks();
7816         spin_unlock(&lock);
7817 }
7818
7819 /*
7820  * Initialise min_free_kbytes.
7821  *
7822  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7823  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7824  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7825  *
7826  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7827  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7828  *
7829  * which yields
7830  *
7831  * 16MB:        512k
7832  * 32MB:        724k
7833  * 64MB:        1024k
7834  * 128MB:       1448k
7835  * 256MB:       2048k
7836  * 512MB:       2896k
7837  * 1024MB:      4096k
7838  * 2048MB:      5792k
7839  * 4096MB:      8192k
7840  * 8192MB:      11584k
7841  * 16384MB:     16384k
7842  */
7843 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7844 {
7845         unsigned long lowmem_kbytes;
7846         int new_min_free_kbytes;
7847
7848         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7849         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7850
7851         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7852                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7853                 if (min_free_kbytes < 128)
7854                         min_free_kbytes = 128;
7855                 if (min_free_kbytes > 65536)
7856                         min_free_kbytes = 65536;
7857         } else {
7858                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7859                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7860         }
7861         setup_per_zone_wmarks();
7862         refresh_zone_stat_thresholds();
7863         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7864
7865 #ifdef CONFIG_NUMA
7866         setup_min_unmapped_ratio();
7867         setup_min_slab_ratio();
7868 #endif
7869
7870         return 0;
7871 }
7872 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7873
7874 /*
7875  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7876  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7877  *      changes.
7878  */
7879 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7880         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7881 {
7882         int rc;
7883
7884         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7885         if (rc)
7886                 return rc;
7887
7888         if (write) {
7889                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7890                 setup_per_zone_wmarks();
7891         }
7892         return 0;
7893 }
7894
7895 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7896         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7897 {
7898         int rc;
7899
7900         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7901         if (rc)
7902                 return rc;
7903
7904         return 0;
7905 }
7906
7907 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7908         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7909 {
7910         int rc;
7911
7912         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7913         if (rc)
7914                 return rc;
7915
7916         if (write)
7917                 setup_per_zone_wmarks();
7918
7919         return 0;
7920 }
7921
7922 #ifdef CONFIG_NUMA
7923 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7924 {
7925         pg_data_t *pgdat;
7926         struct zone *zone;
7927
7928         for_each_online_pgdat(pgdat)
7929                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7930
7931         for_each_zone(zone)
7932                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7933                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7934 }
7935
7936
7937 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7938         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7939 {
7940         int rc;
7941
7942         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7943         if (rc)
7944                 return rc;
7945
7946         setup_min_unmapped_ratio();
7947
7948         return 0;
7949 }
7950
7951 static void setup_min_slab_ratio(void)
7952 {
7953         pg_data_t *pgdat;
7954         struct zone *zone;
7955
7956         for_each_online_pgdat(pgdat)
7957                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7958
7959         for_each_zone(zone)
7960                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7961                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7962 }
7963
7964 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7965         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7966 {
7967         int rc;
7968
7969         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7970         if (rc)
7971                 return rc;
7972
7973         setup_min_slab_ratio();
7974
7975         return 0;
7976 }
7977 #endif
7978
7979 /*
7980  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7981  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7982  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7983  *
7984  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7985  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7986  * if in function of the boot time zone sizes.
7987  */
7988 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7989         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7990 {
7991         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7992         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7993         return 0;
7994 }
7995
7996 /*
7997  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7998  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7999  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8000  */
8001 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8002         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8003 {
8004         struct zone *zone;
8005         int old_percpu_pagelist_fraction;
8006         int ret;
8007
8008         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8009         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8010
8011         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8012         if (!write || ret < 0)
8013                 goto out;
8014
8015         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8016         if (percpu_pagelist_fraction &&
8017             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8018                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8019                 ret = -EINVAL;
8020                 goto out;
8021         }
8022
8023         /* No change? */
8024         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8025                 goto out;
8026
8027         for_each_populated_zone(zone) {
8028                 unsigned int cpu;
8029
8030                 for_each_possible_cpu(cpu)
8031                         pageset_set_high_and_batch(zone,
8032                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8033         }
8034 out:
8035         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8036         return ret;
8037 }
8038
8039 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8040 /*
8041  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8042  * is not known to alloc_large_system_hash().
8043  */
8044 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8045 {
8046         return 0;
8047 }
8048 #endif
8049
8050 /*
8051  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8052  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8053  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8054  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8055  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8056  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8057  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8058  */
8059 #if __BITS_PER_LONG > 32
8060 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8061 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8062 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8063 #endif
8064
8065 /*
8066  * allocate a large system hash table from bootmem
8067  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8068  *   quantity of entries
8069  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8070  */
8071 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8072                                      unsigned long bucketsize,
8073                                      unsigned long numentries,
8074                                      int scale,
8075                                      int flags,
8076                                      unsigned int *_hash_shift,
8077                                      unsigned int *_hash_mask,
8078                                      unsigned long low_limit,
8079                                      unsigned long high_limit)
8080 {
8081         unsigned long long max = high_limit;
8082         unsigned long log2qty, size;
8083         void *table = NULL;
8084         gfp_t gfp_flags;
8085         bool virt;
8086
8087         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8088         if (!numentries) {
8089                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8090                 numentries = nr_kernel_pages;
8091                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8092
8093                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8094                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8095                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8096
8097 #if __BITS_PER_LONG > 32
8098                 if (!high_limit) {
8099                         unsigned long adapt;
8100
8101                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8102                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8103                                 scale++;
8104                 }
8105 #endif
8106
8107                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8108                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8109                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8110                 else
8111                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8112
8113                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8114                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8115                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8116                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8117                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8118                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8119                                 BUG_ON(!numentries);
8120                         }
8121                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8122                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8123         }
8124         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8125
8126         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8127         if (max == 0) {
8128                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8129                 do_div(max, bucketsize);
8130         }
8131         max = min(max, 0x80000000ULL);
8132
8133         if (numentries < low_limit)
8134                 numentries = low_limit;
8135         if (numentries > max)
8136                 numentries = max;
8137
8138         log2qty = ilog2(numentries);
8139
8140         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8141         do {
8142                 virt = false;
8143                 size = bucketsize << log2qty;
8144                 if (flags & HASH_EARLY) {
8145                         if (flags & HASH_ZERO)
8146                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8147                         else
8148                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8149                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8150                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8151                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
8152                         virt = true;
8153                 } else {
8154                         /*
8155                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8156                          * some pages at the end of hash table which
8157                          * alloc_pages_exact() automatically does
8158                          */
8159                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8160                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8161                 }
8162         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8163
8164         if (!table)
8165                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8166
8167         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8168                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8169                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8170
8171         if (_hash_shift)
8172                 *_hash_shift = log2qty;
8173         if (_hash_mask)
8174                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8175
8176         return table;
8177 }
8178
8179 /*
8180  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8181  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
8182  *
8183  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8184  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8185  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8186  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8187  */
8188 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
8189                          int migratetype, int flags)
8190 {
8191         unsigned long found;
8192         unsigned long iter = 0;
8193         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8194         const char *reason = "unmovable page";
8195
8196         /*
8197          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8198          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8199          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8200          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8201          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8202          */
8203
8204         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8205                 /*
8206                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8207                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8208                  * so consider them movable here.
8209                  */
8210                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8211                         return false;
8212
8213                 reason = "CMA page";
8214                 goto unmovable;
8215         }
8216
8217         for (found = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8218                 unsigned long check = pfn + iter;
8219
8220                 if (!pfn_valid_within(check))
8221                         continue;
8222
8223                 page = pfn_to_page(check);
8224
8225                 if (PageReserved(page))
8226                         goto unmovable;
8227
8228                 /*
8229                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8230                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8231                  * is movable.
8232                  */
8233                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8234                         continue;
8235
8236                 /*
8237                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8238                  * We need not scan over tail pages because we don't
8239                  * handle each tail page individually in migration.
8240                  */
8241                 if (PageHuge(page)) {
8242                         struct page *head = compound_head(page);
8243                         unsigned int skip_pages;
8244
8245                         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8246                                 goto unmovable;
8247
8248                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8249                         iter += skip_pages - 1;
8250                         continue;
8251                 }
8252
8253                 /*
8254                  * We can't use page_count without pin a page
8255                  * because another CPU can free compound page.
8256                  * This check already skips compound tails of THP
8257                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8258                  */
8259                 if (!page_ref_count(page)) {
8260                         if (PageBuddy(page))
8261                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8262                         continue;
8263                 }
8264
8265                 /*
8266                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8267                  * page_count() is not 0.
8268                  */
8269                 if ((flags & SKIP_HWPOISON) && PageHWPoison(page))
8270                         continue;
8271
8272                 if (__PageMovable(page))
8273                         continue;
8274
8275                 if (!PageLRU(page))
8276                         found++;
8277                 /*
8278                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8279                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8280                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8281                  */
8282                 /*
8283                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8284                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8285                  *
8286                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8287                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8288                  * page at boot.
8289                  */
8290                 if (found > count)
8291                         goto unmovable;
8292         }
8293         return false;
8294 unmovable:
8295         WARN_ON_ONCE(zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE);
8296         if (flags & REPORT_FAILURE)
8297                 dump_page(pfn_to_page(pfn + iter), reason);
8298         return true;
8299 }
8300
8301 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8302 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8303 {
8304         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8305                              pageblock_nr_pages) - 1);
8306 }
8307
8308 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8309 {
8310         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8311                                 pageblock_nr_pages));
8312 }
8313
8314 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8315 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8316                                         unsigned long start, unsigned long end)
8317 {
8318         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8319         unsigned long nr_reclaimed;
8320         unsigned long pfn = start;
8321         unsigned int tries = 0;
8322         int ret = 0;
8323
8324         migrate_prep();
8325
8326         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8327                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8328                         ret = -EINTR;
8329                         break;
8330                 }
8331
8332                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8333                         cc->nr_migratepages = 0;
8334                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8335                         if (!pfn) {
8336                                 ret = -EINTR;
8337                                 break;
8338                         }
8339                         tries = 0;
8340                 } else if (++tries == 5) {
8341                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8342                         break;
8343                 }
8344
8345                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8346                                                         &cc->migratepages);
8347                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8348
8349                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8350                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8351         }
8352         if (ret < 0) {
8353                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8354                 return ret;
8355         }
8356         return 0;
8357 }
8358
8359 /**
8360  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8361  * @start:      start PFN to allocate
8362  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8363  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8364  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8365  *                      in range must have the same migratetype and it must
8366  *                      be either of the two.
8367  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8368  *
8369  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8370  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8371  *
8372  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8373  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8374  * be modified by others.
8375  *
8376  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8377  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8378  * need to be freed with free_contig_range().
8379  */
8380 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8381                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8382 {
8383         unsigned long outer_start, outer_end;
8384         unsigned int order;
8385         int ret = 0;
8386
8387         struct compact_control cc = {
8388                 .nr_migratepages = 0,
8389                 .order = -1,
8390                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8391                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8392                 .ignore_skip_hint = true,
8393                 .no_set_skip_hint = true,
8394                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8395         };
8396         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8397
8398         /*
8399          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8400          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8401          * have different sizes, and due to the way page allocator
8402          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8403          * that page allocator won't try to merge buddies from
8404          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8405          * other migration type.
8406          *
8407          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8408          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8409          * we are interested in).  This will put all the pages in
8410          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8411          *
8412          * When this is done, we take the pages in range from page
8413          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8414          * page allocator will never consider using them.
8415          *
8416          * This lets us mark the pageblocks back as
8417          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8418          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8419          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8420          */
8421
8422         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8423                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8424         if (ret < 0)
8425                 return ret;
8426
8427         /*
8428          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8429          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8430          * which will report the busy page.
8431          *
8432          * It is possible that busy pages could become available before
8433          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8434          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8435          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8436          */
8437         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8438         if (ret && ret != -EBUSY)
8439                 goto done;
8440         ret =0;
8441
8442         /*
8443          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8444          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8445          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8446          * What we are going to do is to allocate all pages from
8447          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8448          *
8449          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8450          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8451          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8452          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8453          * once this is done free the pages we are not interested in.
8454          *
8455          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8456          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8457          */
8458
8459         lru_add_drain_all();
8460
8461         order = 0;
8462         outer_start = start;
8463         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8464                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8465                         outer_start = start;
8466                         break;
8467                 }
8468                 outer_start &= ~0UL << order;
8469         }
8470
8471         if (outer_start != start) {
8472                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8473
8474                 /*
8475                  * outer_start page could be small order buddy page and
8476                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8477                  * in this case to report failed page properly
8478                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8479                  */
8480                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8481                         outer_start = start;
8482         }
8483
8484         /* Make sure the range is really isolated. */
8485         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
8486                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8487                         __func__, outer_start, end);
8488                 ret = -EBUSY;
8489                 goto done;
8490         }
8491
8492         /* Grab isolated pages from freelists. */
8493         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8494         if (!outer_end) {
8495                 ret = -EBUSY;
8496                 goto done;
8497         }
8498
8499         /* Free head and tail (if any) */
8500         if (start != outer_start)
8501                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8502         if (end != outer_end)
8503                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8504
8505 done:
8506         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8507                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8508         return ret;
8509 }
8510 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8511
8512 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8513 {
8514         unsigned int count = 0;
8515
8516         for (; nr_pages--; pfn++) {
8517                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8518
8519                 count += page_count(page) != 1;
8520                 __free_page(page);
8521         }
8522         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8523 }
8524
8525 /*
8526  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8527  * page high values need to be recalulated.
8528  */
8529 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8530 {
8531         unsigned cpu;
8532         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8533         for_each_possible_cpu(cpu)
8534                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8535                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8536         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8537 }
8538
8539 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8540 {
8541         unsigned long flags;
8542         int cpu;
8543         struct per_cpu_pageset *pset;
8544
8545         /* avoid races with drain_pages()  */
8546         local_irq_save(flags);
8547         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8548                 for_each_online_cpu(cpu) {
8549                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8550                         drain_zonestat(zone, pset);
8551                 }
8552                 free_percpu(zone->pageset);
8553                 zone->pageset = &boot_pageset;
8554         }
8555         local_irq_restore(flags);
8556 }
8557
8558 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8559 /*
8560  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8561  * before calling this.
8562  */
8563 unsigned long
8564 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8565 {
8566         struct page *page;
8567         struct zone *zone;
8568         unsigned int order, i;
8569         unsigned long pfn;
8570         unsigned long flags;
8571         unsigned long offlined_pages = 0;
8572
8573         /* find the first valid pfn */
8574         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8575                 if (pfn_valid(pfn))
8576                         break;
8577         if (pfn == end_pfn)
8578                 return offlined_pages;
8579
8580         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8581         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8582         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8583         pfn = start_pfn;
8584         while (pfn < end_pfn) {
8585                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8586                         pfn++;
8587                         continue;
8588                 }
8589                 page = pfn_to_page(pfn);
8590                 /*
8591                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8592                  * page_count() is not 0.
8593                  */
8594                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8595                         pfn++;
8596                         SetPageReserved(page);
8597                         offlined_pages++;
8598                         continue;
8599                 }
8600
8601                 BUG_ON(page_count(page));
8602                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8603                 order = page_order(page);
8604                 offlined_pages += 1 << order;
8605 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8606                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8607                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8608 #endif
8609                 del_page_from_free_area(page, &zone->free_area[order]);
8610                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
8611                         SetPageReserved((page+i));
8612                 pfn += (1 << order);
8613         }
8614         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8615
8616         return offlined_pages;
8617 }
8618 #endif
8619
8620 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8621 {
8622         struct zone *zone = page_zone(page);
8623         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8624         unsigned long flags;
8625         unsigned int order;
8626
8627         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8628         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8629                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8630
8631                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8632                         break;
8633         }
8634         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8635
8636         return order < MAX_ORDER;
8637 }
8638
8639 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8640 /*
8641  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8642  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8643  * allocation.
8644  */
8645 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8646 {
8647         struct zone *zone = page_zone(page);
8648         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8649         unsigned long flags;
8650         unsigned int order;
8651         bool hwpoisoned = false;
8652
8653         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8654         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8655                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8656
8657                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8658                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8659                                 hwpoisoned = true;
8660                         break;
8661                 }
8662         }
8663         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8664
8665         return hwpoisoned;
8666 }
8667 #endif