Merge tag 'ceph-for-5.18-rc1' of https://github.com/ceph/ceph-client
[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/swapops.h>
23 #include <linux/interrupt.h>
24 #include <linux/pagemap.h>
25 #include <linux/jiffies.h>
26 #include <linux/memblock.h>
27 #include <linux/compiler.h>
28 #include <linux/kernel.h>
29 #include <linux/kasan.h>
30 #include <linux/module.h>
31 #include <linux/suspend.h>
32 #include <linux/pagevec.h>
33 #include <linux/blkdev.h>
34 #include <linux/slab.h>
35 #include <linux/ratelimit.h>
36 #include <linux/oom.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/random.h>
49 #include <linux/sort.h>
50 #include <linux/pfn.h>
51 #include <linux/backing-dev.h>
52 #include <linux/fault-inject.h>
53 #include <linux/page-isolation.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <trace/events/oom.h>
59 #include <linux/prefetch.h>
60 #include <linux/mm_inline.h>
61 #include <linux/mmu_notifier.h>
62 #include <linux/migrate.h>
63 #include <linux/hugetlb.h>
64 #include <linux/sched/rt.h>
65 #include <linux/sched/mm.h>
66 #include <linux/page_owner.h>
67 #include <linux/page_table_check.h>
68 #include <linux/kthread.h>
69 #include <linux/memcontrol.h>
70 #include <linux/ftrace.h>
71 #include <linux/lockdep.h>
72 #include <linux/nmi.h>
73 #include <linux/psi.h>
74 #include <linux/padata.h>
75 #include <linux/khugepaged.h>
76 #include <linux/buffer_head.h>
77 #include <linux/delayacct.h>
78 #include <asm/sections.h>
79 #include <asm/tlbflush.h>
80 #include <asm/div64.h>
81 #include "internal.h"
82 #include "shuffle.h"
83 #include "page_reporting.h"
84
85 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
86 typedef int __bitwise fpi_t;
87
88 /* No special request */
89 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
90
91 /*
92  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
93  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
94  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
95  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
96  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
97  * putting it back unmodified.
98  */
99 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
100
101 /*
102  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
103  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
104  * shuffle the whole zone).
105  *
106  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
107  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
108  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
109  *       reporting).
110  */
111 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
112
113 /*
114  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
115  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
116  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
117  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
118  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
119  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
120  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
121  */
122 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
123
124 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
125 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
126 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
127
128 struct pagesets {
129         local_lock_t lock;
130 };
131 static DEFINE_PER_CPU(struct pagesets, pagesets) __maybe_unused = {
132         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
133 };
134
135 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
136 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
137 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
138 #endif
139
140 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
141
142 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
143 /*
144  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
145  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
146  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
147  * defined in <linux/topology.h>.
148  */
149 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
150 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
151 #endif
152
153 /* work_structs for global per-cpu drains */
154 struct pcpu_drain {
155         struct zone *zone;
156         struct work_struct work;
157 };
158 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
159 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
160
161 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
162 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
163 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
164 #endif
165
166 /*
167  * Array of node states.
168  */
169 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
170         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
171         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
172 #ifndef CONFIG_NUMA
173         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
174 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
175         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
176 #endif
177         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
178         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
179 #endif  /* NUMA */
180 };
181 EXPORT_SYMBOL(node_states);
182
183 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
184 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
185 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
186 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
187
188 int percpu_pagelist_high_fraction;
189 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
190 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
191 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
192
193 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
194 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
195
196 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
197                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
198 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
199 {
200
201         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
202 }
203 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
204
205 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
206                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
207 static int __init early_init_on_free(char *buf)
208 {
209         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
210 }
211 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
212
213 /*
214  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
215  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
216  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
217  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
218  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
219  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
220  */
221 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
222 {
223         return page->index;
224 }
225
226 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
227 {
228         page->index = migratetype;
229 }
230
231 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
232 /*
233  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
234  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
235  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
236  * they should always be called with system_transition_mutex held
237  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
238  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
239  * with that modification).
240  */
241
242 static gfp_t saved_gfp_mask;
243
244 void pm_restore_gfp_mask(void)
245 {
246         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
247         if (saved_gfp_mask) {
248                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
249                 saved_gfp_mask = 0;
250         }
251 }
252
253 void pm_restrict_gfp_mask(void)
254 {
255         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
256         WARN_ON(saved_gfp_mask);
257         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
258         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
259 }
260
261 bool pm_suspended_storage(void)
262 {
263         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
264                 return false;
265         return true;
266 }
267 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
268
269 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
270 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
271 #endif
272
273 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
274                             fpi_t fpi_flags);
275
276 /*
277  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
278  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
279  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
280  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
281  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
282  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
283  *
284  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
285  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
286  */
287 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
288 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
289         [ZONE_DMA] = 256,
290 #endif
291 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
292         [ZONE_DMA32] = 256,
293 #endif
294         [ZONE_NORMAL] = 32,
295 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
296         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
297 #endif
298         [ZONE_MOVABLE] = 0,
299 };
300
301 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
302 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
303          "DMA",
304 #endif
305 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
306          "DMA32",
307 #endif
308          "Normal",
309 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
310          "HighMem",
311 #endif
312          "Movable",
313 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
314          "Device",
315 #endif
316 };
317
318 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
319         "Unmovable",
320         "Movable",
321         "Reclaimable",
322         "HighAtomic",
323 #ifdef CONFIG_CMA
324         "CMA",
325 #endif
326 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
327         "Isolate",
328 #endif
329 };
330
331 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
332         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
333         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
334 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
335         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
336 #endif
337 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
338         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
339 #endif
340 };
341
342 int min_free_kbytes = 1024;
343 int user_min_free_kbytes = -1;
344 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
345 int watermark_scale_factor = 10;
346
347 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
348 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
349 static unsigned long dma_reserve __initdata;
350
351 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
352 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
353 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
354 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
355 static unsigned long required_movablecore __initdata;
356 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
357 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
358 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
359
360 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
361 int movable_zone;
362 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
363
364 #if MAX_NUMNODES > 1
365 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
366 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
367 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
368 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
369 #endif
370
371 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
372
373 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
374 /*
375  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
376  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
377  * and we can permanently disable that path.
378  */
379 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
380
381 /*
382  * Calling kasan_poison_pages() only after deferred memory initialization
383  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
384  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
385  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
386  *
387  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
388  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
389  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
390  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
391  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
392  * initialization is done, but this is not likely to happen.
393  */
394 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
395 {
396         return static_branch_unlikely(&deferred_pages) ||
397                (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
398                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
399                PageSkipKASanPoison(page);
400 }
401
402 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
403 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
404 {
405         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
406
407         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
408                 return true;
409
410         return false;
411 }
412
413 /*
414  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
415  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
416  */
417 static bool __meminit
418 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
419 {
420         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
421
422         /*
423          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
424          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
425          */
426         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
427                 prev_end_pfn = end_pfn;
428                 nr_initialised = 0;
429         }
430
431         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
432         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
433                 return false;
434
435         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
436                 return true;
437         /*
438          * We start only with one section of pages, more pages are added as
439          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
440          */
441         nr_initialised++;
442         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
443             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
444                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
445                 return true;
446         }
447         return false;
448 }
449 #else
450 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
451 {
452         return (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
453                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
454                PageSkipKASanPoison(page);
455 }
456
457 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
458 {
459         return false;
460 }
461
462 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
463 {
464         return false;
465 }
466 #endif
467
468 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
469 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
470                                                         unsigned long pfn)
471 {
472 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
473         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
474 #else
475         return page_zone(page)->pageblock_flags;
476 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
477 }
478
479 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
480 {
481 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
482         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
483 #else
484         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
485 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
486         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
487 }
488
489 static __always_inline
490 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
491                                         unsigned long pfn,
492                                         unsigned long mask)
493 {
494         unsigned long *bitmap;
495         unsigned long bitidx, word_bitidx;
496         unsigned long word;
497
498         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
499         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
500         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
501         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
502
503         word = bitmap[word_bitidx];
504         return (word >> bitidx) & mask;
505 }
506
507 /**
508  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
509  * @page: The page within the block of interest
510  * @pfn: The target page frame number
511  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
512  *
513  * Return: pageblock_bits flags
514  */
515 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
516                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
517 {
518         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
519 }
520
521 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
522                                         unsigned long pfn)
523 {
524         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
525 }
526
527 /**
528  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
529  * @page: The page within the block of interest
530  * @flags: The flags to set
531  * @pfn: The target page frame number
532  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
533  */
534 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
535                                         unsigned long pfn,
536                                         unsigned long mask)
537 {
538         unsigned long *bitmap;
539         unsigned long bitidx, word_bitidx;
540         unsigned long old_word, word;
541
542         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
543         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
544
545         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
546         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
547         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
548         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
549
550         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
551
552         mask <<= bitidx;
553         flags <<= bitidx;
554
555         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
556         for (;;) {
557                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
558                 if (word == old_word)
559                         break;
560                 word = old_word;
561         }
562 }
563
564 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
565 {
566         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
567                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
568                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
569
570         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
571                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
572 }
573
574 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
575 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
576 {
577         int ret = 0;
578         unsigned seq;
579         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
580         unsigned long sp, start_pfn;
581
582         do {
583                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
584                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
585                 sp = zone->spanned_pages;
586                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
587                         ret = 1;
588         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
589
590         if (ret)
591                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
592                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
593                         start_pfn, start_pfn + sp);
594
595         return ret;
596 }
597
598 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
599 {
600         if (zone != page_zone(page))
601                 return 0;
602
603         return 1;
604 }
605 /*
606  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
607  */
608 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
609 {
610         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
611                 return 1;
612         if (!page_is_consistent(zone, page))
613                 return 1;
614
615         return 0;
616 }
617 #else
618 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
619 {
620         return 0;
621 }
622 #endif
623
624 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
625 {
626         static unsigned long resume;
627         static unsigned long nr_shown;
628         static unsigned long nr_unshown;
629
630         /*
631          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
632          * or allow a steady drip of one report per second.
633          */
634         if (nr_shown == 60) {
635                 if (time_before(jiffies, resume)) {
636                         nr_unshown++;
637                         goto out;
638                 }
639                 if (nr_unshown) {
640                         pr_alert(
641                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
642                                 nr_unshown);
643                         nr_unshown = 0;
644                 }
645                 nr_shown = 0;
646         }
647         if (nr_shown++ == 0)
648                 resume = jiffies + 60 * HZ;
649
650         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
651                 current->comm, page_to_pfn(page));
652         dump_page(page, reason);
653
654         print_modules();
655         dump_stack();
656 out:
657         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
658         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
659         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
660 }
661
662 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
663 {
664         int base = order;
665
666 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
667         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
668                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
669                 base = PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER + 1;
670         }
671 #else
672         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
673 #endif
674
675         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
676 }
677
678 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
679 {
680         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
681
682 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
683         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
684                 order = pageblock_order;
685 #else
686         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
687 #endif
688
689         return order;
690 }
691
692 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
693 {
694         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
695                 return true;
696 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
697         if (order == pageblock_order)
698                 return true;
699 #endif
700         return false;
701 }
702
703 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
704 {
705         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
706                 free_unref_page(page, order);
707         else
708                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
709 }
710
711 /*
712  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
713  *
714  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
715  *
716  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
717  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
718  *
719  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
720  * page destructors. See compound_page_dtors.
721  *
722  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
723  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
724  */
725
726 void free_compound_page(struct page *page)
727 {
728         mem_cgroup_uncharge(page_folio(page));
729         free_the_page(page, compound_order(page));
730 }
731
732 static void prep_compound_head(struct page *page, unsigned int order)
733 {
734         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
735         set_compound_order(page, order);
736         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
737         atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
738 }
739
740 static void prep_compound_tail(struct page *head, int tail_idx)
741 {
742         struct page *p = head + tail_idx;
743
744         p->mapping = TAIL_MAPPING;
745         set_compound_head(p, head);
746 }
747
748 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
749 {
750         int i;
751         int nr_pages = 1 << order;
752
753         __SetPageHead(page);
754         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
755                 prep_compound_tail(page, i);
756
757         prep_compound_head(page, order);
758 }
759
760 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
761 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
762
763 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
764                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
765 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
766 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
767 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
768
769 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
770
771 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
772 {
773         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
774 }
775 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
776
777 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
778 {
779         unsigned long res;
780
781         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
782                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
783                 return 0;
784         }
785         _debug_guardpage_minorder = res;
786         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
787         return 0;
788 }
789 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
790
791 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
792                                 unsigned int order, int migratetype)
793 {
794         if (!debug_guardpage_enabled())
795                 return false;
796
797         if (order >= debug_guardpage_minorder())
798                 return false;
799
800         __SetPageGuard(page);
801         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
802         set_page_private(page, order);
803         /* Guard pages are not available for any usage */
804         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
805
806         return true;
807 }
808
809 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
810                                 unsigned int order, int migratetype)
811 {
812         if (!debug_guardpage_enabled())
813                 return;
814
815         __ClearPageGuard(page);
816
817         set_page_private(page, 0);
818         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
819                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
820 }
821 #else
822 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
823                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
824 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
825                                 unsigned int order, int migratetype) {}
826 #endif
827
828 /*
829  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
830  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
831  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
832  * enabled, and then make decisions.
833  */
834 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
835 {
836         bool page_poisoning_requested = false;
837
838 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
839         /*
840          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
841          * either of those options are enabled, enable poisoning.
842          */
843         if (page_poisoning_enabled() ||
844              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
845               debug_pagealloc_enabled())) {
846                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
847                 page_poisoning_requested = true;
848         }
849 #endif
850
851         if ((_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early) &&
852             page_poisoning_requested) {
853                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
854                         "will take precedence over init_on_alloc and init_on_free\n");
855                 _init_on_alloc_enabled_early = false;
856                 _init_on_free_enabled_early = false;
857         }
858
859         if (_init_on_alloc_enabled_early)
860                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
861         else
862                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
863
864         if (_init_on_free_enabled_early)
865                 static_branch_enable(&init_on_free);
866         else
867                 static_branch_disable(&init_on_free);
868
869 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
870         if (!debug_pagealloc_enabled())
871                 return;
872
873         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
874
875         if (!debug_guardpage_minorder())
876                 return;
877
878         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
879 #endif
880 }
881
882 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
883 {
884         set_page_private(page, order);
885         __SetPageBuddy(page);
886 }
887
888 /*
889  * This function checks whether a page is free && is the buddy
890  * we can coalesce a page and its buddy if
891  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
892  * (b) the buddy is in the buddy system &&
893  * (c) a page and its buddy have the same order &&
894  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
895  *
896  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
897  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
898  *
899  * For recording page's order, we use page_private(page).
900  */
901 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
902                                                         unsigned int order)
903 {
904         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
905                 return false;
906
907         if (buddy_order(buddy) != order)
908                 return false;
909
910         /*
911          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
912          * zone/node ids for pages that could never merge.
913          */
914         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
915                 return false;
916
917         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
918
919         return true;
920 }
921
922 #ifdef CONFIG_COMPACTION
923 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
924 {
925         struct capture_control *capc = current->capture_control;
926
927         return unlikely(capc) &&
928                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
929                 !capc->page &&
930                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
931 }
932
933 static inline bool
934 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
935                    int order, int migratetype)
936 {
937         if (!capc || order != capc->cc->order)
938                 return false;
939
940         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
941         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
942             is_migrate_isolate(migratetype))
943                 return false;
944
945         /*
946          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
947          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
948          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
949          * have trouble finding a high-order free page.
950          */
951         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
952                 return false;
953
954         capc->page = page;
955         return true;
956 }
957
958 #else
959 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
960 {
961         return NULL;
962 }
963
964 static inline bool
965 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
966                    int order, int migratetype)
967 {
968         return false;
969 }
970 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
971
972 /* Used for pages not on another list */
973 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
974                                     unsigned int order, int migratetype)
975 {
976         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
977
978         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
979         area->nr_free++;
980 }
981
982 /* Used for pages not on another list */
983 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
984                                          unsigned int order, int migratetype)
985 {
986         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
987
988         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
989         area->nr_free++;
990 }
991
992 /*
993  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
994  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
995  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
996  */
997 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
998                                      unsigned int order, int migratetype)
999 {
1000         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
1001
1002         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
1003 }
1004
1005 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
1006                                            unsigned int order)
1007 {
1008         /* clear reported state and update reported page count */
1009         if (page_reported(page))
1010                 __ClearPageReported(page);
1011
1012         list_del(&page->lru);
1013         __ClearPageBuddy(page);
1014         set_page_private(page, 0);
1015         zone->free_area[order].nr_free--;
1016 }
1017
1018 /*
1019  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
1020  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
1021  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
1022  * that is happening, add the free page to the tail of the list
1023  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
1024  * as a higher order page
1025  */
1026 static inline bool
1027 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
1028                    struct page *page, unsigned int order)
1029 {
1030         struct page *higher_page, *higher_buddy;
1031         unsigned long combined_pfn;
1032
1033         if (order >= MAX_ORDER - 2)
1034                 return false;
1035
1036         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1037         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
1038         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
1039         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
1040
1041         return page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
1042 }
1043
1044 /*
1045  * Freeing function for a buddy system allocator.
1046  *
1047  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1048  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1049  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1050  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1051  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1052  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1053  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1054  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1055  * parts of the VM system.
1056  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1057  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1058  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1059  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1060  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1061  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1062  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1063  * triggers coalescing into a block of larger size.
1064  *
1065  * -- nyc
1066  */
1067
1068 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1069                 unsigned long pfn,
1070                 struct zone *zone, unsigned int order,
1071                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1072 {
1073         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1074         unsigned int max_order = pageblock_order;
1075         unsigned long buddy_pfn;
1076         unsigned long combined_pfn;
1077         struct page *buddy;
1078         bool to_tail;
1079
1080         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1081         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1082
1083         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1084         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1085                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1086
1087         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1088         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1089
1090 continue_merging:
1091         while (order < max_order) {
1092                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1093                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1094                                                                 migratetype);
1095                         return;
1096                 }
1097                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1098                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1099
1100                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1101                         goto done_merging;
1102                 /*
1103                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1104                  * merge with it and move up one order.
1105                  */
1106                 if (page_is_guard(buddy))
1107                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1108                 else
1109                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1110                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1111                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1112                 pfn = combined_pfn;
1113                 order++;
1114         }
1115         if (order < MAX_ORDER - 1) {
1116                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1117                  * We want to prevent merge between freepages on pageblock
1118                  * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
1119                  * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
1120                  * accounting or HIGHATOMIC accounting.
1121                  *
1122                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1123                  * low-order merging.
1124                  */
1125                 int buddy_mt;
1126
1127                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1128                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1129                 buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1130
1131                 if (migratetype != buddy_mt
1132                                 && (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
1133                                         !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
1134                         goto done_merging;
1135                 max_order = order + 1;
1136                 goto continue_merging;
1137         }
1138
1139 done_merging:
1140         set_buddy_order(page, order);
1141
1142         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1143                 to_tail = true;
1144         else if (is_shuffle_order(order))
1145                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1146         else
1147                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1148
1149         if (to_tail)
1150                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1151         else
1152                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1153
1154         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1155         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1156                 page_reporting_notify_free(order);
1157 }
1158
1159 /*
1160  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1161  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1162  * check if necessary.
1163  */
1164 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1165                                         unsigned long check_flags)
1166 {
1167         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1168                 return false;
1169
1170         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1171                         page_ref_count(page) |
1172 #ifdef CONFIG_MEMCG
1173                         page->memcg_data |
1174 #endif
1175                         (page->flags & check_flags)))
1176                 return false;
1177
1178         return true;
1179 }
1180
1181 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1182 {
1183         const char *bad_reason = NULL;
1184
1185         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1186                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1187         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1188                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1189         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1190                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1191         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1192                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1193                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1194                 else
1195                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1196         }
1197 #ifdef CONFIG_MEMCG
1198         if (unlikely(page->memcg_data))
1199                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1200 #endif
1201         return bad_reason;
1202 }
1203
1204 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1205 {
1206         bad_page(page,
1207                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1208 }
1209
1210 static inline int check_free_page(struct page *page)
1211 {
1212         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1213                 return 0;
1214
1215         /* Something has gone sideways, find it */
1216         check_free_page_bad(page);
1217         return 1;
1218 }
1219
1220 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1221 {
1222         int ret = 1;
1223
1224         /*
1225          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1226          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1227          */
1228         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1229
1230         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1231                 ret = 0;
1232                 goto out;
1233         }
1234         switch (page - head_page) {
1235         case 1:
1236                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1237                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1238                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1239                         goto out;
1240                 }
1241                 break;
1242         case 2:
1243                 /*
1244                  * the second tail page: ->mapping is
1245                  * deferred_list.next -- ignore value.
1246                  */
1247                 break;
1248         default:
1249                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1250                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1251                         goto out;
1252                 }
1253                 break;
1254         }
1255         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1256                 bad_page(page, "PageTail not set");
1257                 goto out;
1258         }
1259         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1260                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1261                 goto out;
1262         }
1263         ret = 0;
1264 out:
1265         page->mapping = NULL;
1266         clear_compound_head(page);
1267         return ret;
1268 }
1269
1270 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages, bool zero_tags)
1271 {
1272         int i;
1273
1274         if (zero_tags) {
1275                 for (i = 0; i < numpages; i++)
1276                         tag_clear_highpage(page + i);
1277                 return;
1278         }
1279
1280         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1281         kasan_disable_current();
1282         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1283                 u8 tag = page_kasan_tag(page + i);
1284                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1285                 clear_highpage(page + i);
1286                 page_kasan_tag_set(page + i, tag);
1287         }
1288         kasan_enable_current();
1289 }
1290
1291 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1292                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1293 {
1294         int bad = 0;
1295         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags);
1296
1297         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1298
1299         trace_mm_page_free(page, order);
1300
1301         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1302                 /*
1303                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1304                  * Untie memcg state and reset page's owner
1305                  */
1306                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1307                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1308                 reset_page_owner(page, order);
1309                 page_table_check_free(page, order);
1310                 return false;
1311         }
1312
1313         /*
1314          * Check tail pages before head page information is cleared to
1315          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1316          */
1317         if (unlikely(order)) {
1318                 bool compound = PageCompound(page);
1319                 int i;
1320
1321                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1322
1323                 if (compound) {
1324                         ClearPageDoubleMap(page);
1325                         ClearPageHasHWPoisoned(page);
1326                 }
1327                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1328                         if (compound)
1329                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1330                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1331                                 bad++;
1332                                 continue;
1333                         }
1334                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1335                 }
1336         }
1337         if (PageMappingFlags(page))
1338                 page->mapping = NULL;
1339         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1340                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1341         if (check_free)
1342                 bad += check_free_page(page);
1343         if (bad)
1344                 return false;
1345
1346         page_cpupid_reset_last(page);
1347         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1348         reset_page_owner(page, order);
1349         page_table_check_free(page, order);
1350
1351         if (!PageHighMem(page)) {
1352                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1353                                            PAGE_SIZE << order);
1354                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1355                                            PAGE_SIZE << order);
1356         }
1357
1358         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1359
1360         /*
1361          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1362          * kasan_free_pages and kernel_init_free_pages must be
1363          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1364          *
1365          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1366          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1367          */
1368         if (kasan_has_integrated_init()) {
1369                 if (!skip_kasan_poison)
1370                         kasan_free_pages(page, order);
1371         } else {
1372                 bool init = want_init_on_free();
1373
1374                 if (init)
1375                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order, false);
1376                 if (!skip_kasan_poison)
1377                         kasan_poison_pages(page, order, init);
1378         }
1379
1380         /*
1381          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1382          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1383          * happen after this.
1384          */
1385         arch_free_page(page, order);
1386
1387         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1388
1389         return true;
1390 }
1391
1392 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1393 /*
1394  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1395  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1396  * moved from pcp lists to free lists.
1397  */
1398 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1399 {
1400         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1401 }
1402
1403 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1404 {
1405         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1406                 return check_free_page(page);
1407         else
1408                 return false;
1409 }
1410 #else
1411 /*
1412  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1413  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1414  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1415  * to the pcp lists.
1416  */
1417 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1418 {
1419         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1420                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1421         else
1422                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1423 }
1424
1425 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1426 {
1427         return check_free_page(page);
1428 }
1429 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1430
1431 /*
1432  * Frees a number of pages from the PCP lists
1433  * Assumes all pages on list are in same zone.
1434  * count is the number of pages to free.
1435  */
1436 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1437                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1438                                         int pindex)
1439 {
1440         int min_pindex = 0;
1441         int max_pindex = NR_PCP_LISTS - 1;
1442         unsigned int order;
1443         bool isolated_pageblocks;
1444         struct page *page;
1445
1446         /*
1447          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1448          * below while (list_empty(list)) loop.
1449          */
1450         count = min(pcp->count, count);
1451
1452         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1453         pindex = pindex - 1;
1454
1455         /*
1456          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
1457          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
1458          */
1459         spin_lock(&zone->lock);
1460         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1461
1462         while (count > 0) {
1463                 struct list_head *list;
1464                 int nr_pages;
1465
1466                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1467                 do {
1468                         if (++pindex > max_pindex)
1469                                 pindex = min_pindex;
1470                         list = &pcp->lists[pindex];
1471                         if (!list_empty(list))
1472                                 break;
1473
1474                         if (pindex == max_pindex)
1475                                 max_pindex--;
1476                         if (pindex == min_pindex)
1477                                 min_pindex++;
1478                 } while (1);
1479
1480                 order = pindex_to_order(pindex);
1481                 nr_pages = 1 << order;
1482                 BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER >= (1<<NR_PCP_ORDER_WIDTH));
1483                 do {
1484                         int mt;
1485
1486                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1487                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1488
1489                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1490                         list_del(&page->lru);
1491                         count -= nr_pages;
1492                         pcp->count -= nr_pages;
1493
1494                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1495                                 continue;
1496
1497                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1498                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1499                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1500                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1501                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1502
1503                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1504                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1505                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1506         }
1507
1508         spin_unlock(&zone->lock);
1509 }
1510
1511 static void free_one_page(struct zone *zone,
1512                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1513                                 unsigned int order,
1514                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1515 {
1516         unsigned long flags;
1517
1518         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1519         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1520                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1521                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1522         }
1523         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1524         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1525 }
1526
1527 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1528                                 unsigned long zone, int nid)
1529 {
1530         mm_zero_struct_page(page);
1531         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1532         init_page_count(page);
1533         page_mapcount_reset(page);
1534         page_cpupid_reset_last(page);
1535         page_kasan_tag_reset(page);
1536
1537         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1538 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1539         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1540         if (!is_highmem_idx(zone))
1541                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1542 #endif
1543 }
1544
1545 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1546 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1547 {
1548         pg_data_t *pgdat;
1549         int nid, zid;
1550
1551         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1552                 return;
1553
1554         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1555         pgdat = NODE_DATA(nid);
1556
1557         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1558                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1559
1560                 if (zone_spans_pfn(zone, pfn))
1561                         break;
1562         }
1563         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1564 }
1565 #else
1566 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1567 {
1568 }
1569 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1570
1571 /*
1572  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1573  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1574  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1575  * sent to the buddy page allocator.
1576  */
1577 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1578 {
1579         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1580         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1581
1582         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1583                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1584                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1585
1586                         init_reserved_page(start_pfn);
1587
1588                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1589                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1590
1591                         /*
1592                          * no need for atomic set_bit because the struct
1593                          * page is not visible yet so nobody should
1594                          * access it yet.
1595                          */
1596                         __SetPageReserved(page);
1597                 }
1598         }
1599 }
1600
1601 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1602                             fpi_t fpi_flags)
1603 {
1604         unsigned long flags;
1605         int migratetype;
1606         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1607         struct zone *zone = page_zone(page);
1608
1609         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1610                 return;
1611
1612         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1613
1614         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1615         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1616                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1617                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1618         }
1619         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1620         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1621
1622         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1623 }
1624
1625 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1626 {
1627         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1628         struct page *p = page;
1629         unsigned int loop;
1630
1631         /*
1632          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1633          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1634          * refcount of all involved pages to 0.
1635          */
1636         prefetchw(p);
1637         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1638                 prefetchw(p + 1);
1639                 __ClearPageReserved(p);
1640                 set_page_count(p, 0);
1641         }
1642         __ClearPageReserved(p);
1643         set_page_count(p, 0);
1644
1645         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1646
1647         /*
1648          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1649          * relevant for memory onlining.
1650          */
1651         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1652 }
1653
1654 #ifdef CONFIG_NUMA
1655
1656 /*
1657  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1658  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1659  * treats start/end as pfns.
1660  */
1661 struct mminit_pfnnid_cache {
1662         unsigned long last_start;
1663         unsigned long last_end;
1664         int last_nid;
1665 };
1666
1667 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1668
1669 /*
1670  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1671  */
1672 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1673                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1674 {
1675         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1676         int nid;
1677
1678         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1679                 return state->last_nid;
1680
1681         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1682         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1683                 state->last_start = start_pfn;
1684                 state->last_end = end_pfn;
1685                 state->last_nid = nid;
1686         }
1687
1688         return nid;
1689 }
1690
1691 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1692 {
1693         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1694         int nid;
1695
1696         spin_lock(&early_pfn_lock);
1697         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1698         if (nid < 0)
1699                 nid = first_online_node;
1700         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1701
1702         return nid;
1703 }
1704 #endif /* CONFIG_NUMA */
1705
1706 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1707                                                         unsigned int order)
1708 {
1709         if (early_page_uninitialised(pfn))
1710                 return;
1711         __free_pages_core(page, order);
1712 }
1713
1714 /*
1715  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1716  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1717  * with the migration of free compaction scanner.
1718  *
1719  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1720  *
1721  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1722  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1723  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1724  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1725  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1726  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1727  * page in a pageblock.
1728  */
1729 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1730                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1731 {
1732         struct page *start_page;
1733         struct page *end_page;
1734
1735         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1736         end_pfn--;
1737
1738         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1739                 return NULL;
1740
1741         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1742         if (!start_page)
1743                 return NULL;
1744
1745         if (page_zone(start_page) != zone)
1746                 return NULL;
1747
1748         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1749
1750         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1751         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1752                 return NULL;
1753
1754         return start_page;
1755 }
1756
1757 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1758 {
1759         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1760         unsigned long block_end_pfn;
1761
1762         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1763         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1764                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1765                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1766
1767                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1768
1769                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1770                                              block_end_pfn, zone))
1771                         return;
1772                 cond_resched();
1773         }
1774
1775         /* We confirm that there is no hole */
1776         zone->contiguous = true;
1777 }
1778
1779 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1780 {
1781         zone->contiguous = false;
1782 }
1783
1784 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1785 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1786                                        unsigned long nr_pages)
1787 {
1788         struct page *page;
1789         unsigned long i;
1790
1791         if (!nr_pages)
1792                 return;
1793
1794         page = pfn_to_page(pfn);
1795
1796         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1797         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1798             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1799                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1800                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1801                 return;
1802         }
1803
1804         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1805                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1806                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1807                 __free_pages_core(page, 0);
1808         }
1809 }
1810
1811 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1812 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1813 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1814
1815 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1816 {
1817         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1818                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1819 }
1820
1821 /*
1822  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1823  *
1824  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1825  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1826  * function is optimized out.
1827  *
1828  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1829  * of the head pfn.
1830  */
1831 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1832 {
1833         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1834                 return false;
1835         return true;
1836 }
1837
1838 /*
1839  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1840  * pageblock_nr_pages sizes.
1841  */
1842 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1843                                        unsigned long end_pfn)
1844 {
1845         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1846         unsigned long nr_free = 0;
1847
1848         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1849                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1850                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1851                         nr_free = 0;
1852                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1853                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1854                         nr_free = 1;
1855                 } else {
1856                         nr_free++;
1857                 }
1858         }
1859         /* Free the last block of pages to allocator */
1860         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1861 }
1862
1863 /*
1864  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1865  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1866  * Return number of pages initialized.
1867  */
1868 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1869                                                  unsigned long pfn,
1870                                                  unsigned long end_pfn)
1871 {
1872         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1873         int nid = zone_to_nid(zone);
1874         unsigned long nr_pages = 0;
1875         int zid = zone_idx(zone);
1876         struct page *page = NULL;
1877
1878         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1879                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1880                         page = NULL;
1881                         continue;
1882                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1883                         page = pfn_to_page(pfn);
1884                 } else {
1885                         page++;
1886                 }
1887                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1888                 nr_pages++;
1889         }
1890         return (nr_pages);
1891 }
1892
1893 /*
1894  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1895  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1896  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1897  * return false indicating there are no valid ranges left.
1898  */
1899 static bool __init
1900 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1901                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1902                                     unsigned long first_init_pfn)
1903 {
1904         u64 j;
1905
1906         /*
1907          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1908          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1909          * so we just need to flush them out of the system.
1910          */
1911         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1912                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1913                         continue;
1914                 if (*spfn < first_init_pfn)
1915                         *spfn = first_init_pfn;
1916                 *i = j;
1917                 return true;
1918         }
1919
1920         return false;
1921 }
1922
1923 /*
1924  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1925  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1926  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1927  * page in __free_one_page()).
1928  *
1929  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1930  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1931  * any issues with the buddy page computation.
1932  */
1933 static unsigned long __init
1934 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1935                        unsigned long *end_pfn)
1936 {
1937         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1938         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1939         unsigned long nr_pages = 0;
1940         u64 j = *i;
1941
1942         /* First we loop through and initialize the page values */
1943         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1944                 unsigned long t;
1945
1946                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1947                         break;
1948
1949                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1950                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1951
1952                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1953                         *start_pfn = mo_pfn;
1954                         break;
1955                 }
1956         }
1957
1958         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1959         swap(j, *i);
1960
1961         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1962                 unsigned long t;
1963
1964                 if (mo_pfn <= spfn)
1965                         break;
1966
1967                 t = min(mo_pfn, epfn);
1968                 deferred_free_pages(spfn, t);
1969
1970                 if (mo_pfn <= epfn)
1971                         break;
1972         }
1973
1974         return nr_pages;
1975 }
1976
1977 static void __init
1978 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1979                            void *arg)
1980 {
1981         unsigned long spfn, epfn;
1982         struct zone *zone = arg;
1983         u64 i;
1984
1985         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
1986
1987         /*
1988          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
1989          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
1990          */
1991         while (spfn < end_pfn) {
1992                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1993                 cond_resched();
1994         }
1995 }
1996
1997 /* An arch may override for more concurrency. */
1998 __weak int __init
1999 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2000 {
2001         return 1;
2002 }
2003
2004 /* Initialise remaining memory on a node */
2005 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2006 {
2007         pg_data_t *pgdat = data;
2008         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2009         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2010         unsigned long first_init_pfn, flags;
2011         unsigned long start = jiffies;
2012         struct zone *zone;
2013         int zid, max_threads;
2014         u64 i;
2015
2016         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2017         if (!cpumask_empty(cpumask))
2018                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2019
2020         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2021         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2022         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2023                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2024                 pgdat_init_report_one_done();
2025                 return 0;
2026         }
2027
2028         /* Sanity check boundaries */
2029         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2030         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2031         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2032
2033         /*
2034          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2035          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2036          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2037          */
2038         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2039
2040         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2041         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2042                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2043                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2044                         break;
2045         }
2046
2047         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2048         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2049                                                  first_init_pfn))
2050                 goto zone_empty;
2051
2052         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2053
2054         while (spfn < epfn) {
2055                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2056                 struct padata_mt_job job = {
2057                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2058                         .fn_arg      = zone,
2059                         .start       = spfn,
2060                         .size        = epfn_align - spfn,
2061                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2062                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2063                         .max_threads = max_threads,
2064                 };
2065
2066                 padata_do_multithreaded(&job);
2067                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2068                                                     epfn_align);
2069         }
2070 zone_empty:
2071         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2072         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2073
2074         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2075                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2076
2077         pgdat_init_report_one_done();
2078         return 0;
2079 }
2080
2081 /*
2082  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2083  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2084  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2085  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2086  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2087  *
2088  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2089  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2090  * enough pages to satisfy the allocation.
2091  *
2092  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2093  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2094  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2095  */
2096 static noinline bool __init
2097 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2098 {
2099         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2100         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2101         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2102         unsigned long spfn, epfn, flags;
2103         unsigned long nr_pages = 0;
2104         u64 i;
2105
2106         /* Only the last zone may have deferred pages */
2107         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2108                 return false;
2109
2110         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2111
2112         /*
2113          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2114          * true, as there might be enough pages already.
2115          */
2116         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2117                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2118                 return true;
2119         }
2120
2121         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2122         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2123                                                  first_deferred_pfn)) {
2124                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2125                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2126                 /* Retry only once. */
2127                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2128         }
2129
2130         /*
2131          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2132          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2133          * allocator.
2134          */
2135         while (spfn < epfn) {
2136                 /* update our first deferred PFN for this section */
2137                 first_deferred_pfn = spfn;
2138
2139                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2140                 touch_nmi_watchdog();
2141
2142                 /* We should only stop along section boundaries */
2143                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2144                         continue;
2145
2146                 /* If our quota has been met we can stop here */
2147                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2148                         break;
2149         }
2150
2151         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2152         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2153
2154         return nr_pages > 0;
2155 }
2156
2157 /*
2158  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2159  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2160  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2161  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2162  */
2163 static bool __ref
2164 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2165 {
2166         return deferred_grow_zone(zone, order);
2167 }
2168
2169 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2170
2171 void __init page_alloc_init_late(void)
2172 {
2173         struct zone *zone;
2174         int nid;
2175
2176 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2177
2178         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2179         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2180         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2181                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2182         }
2183
2184         /* Block until all are initialised */
2185         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2186
2187         /*
2188          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2189          * on-demand struct page initialization.
2190          */
2191         static_branch_disable(&deferred_pages);
2192
2193         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2194         files_maxfiles_init();
2195 #endif
2196
2197         buffer_init();
2198
2199         /* Discard memblock private memory */
2200         memblock_discard();
2201
2202         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2203                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2204
2205         for_each_populated_zone(zone)
2206                 set_zone_contiguous(zone);
2207 }
2208
2209 #ifdef CONFIG_CMA
2210 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2211 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2212 {
2213         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2214         struct page *p = page;
2215
2216         do {
2217                 __ClearPageReserved(p);
2218                 set_page_count(p, 0);
2219         } while (++p, --i);
2220
2221         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2222         set_page_refcounted(page);
2223         __free_pages(page, pageblock_order);
2224
2225         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2226         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2227 }
2228 #endif
2229
2230 /*
2231  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2232  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2233  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2234  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2235  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2236  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2237  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2238  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2239  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2240  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2241  *
2242  * -- nyc
2243  */
2244 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2245         int low, int high, int migratetype)
2246 {
2247         unsigned long size = 1 << high;
2248
2249         while (high > low) {
2250                 high--;
2251                 size >>= 1;
2252                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2253
2254                 /*
2255                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2256                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2257                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2258                  * pages will stay not present in virtual address space
2259                  */
2260                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2261                         continue;
2262
2263                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2264                 set_buddy_order(&page[size], high);
2265         }
2266 }
2267
2268 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2269 {
2270         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2271                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2272                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2273                 return;
2274         }
2275
2276         bad_page(page,
2277                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2278 }
2279
2280 /*
2281  * This page is about to be returned from the page allocator
2282  */
2283 static inline int check_new_page(struct page *page)
2284 {
2285         if (likely(page_expected_state(page,
2286                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2287                 return 0;
2288
2289         check_new_page_bad(page);
2290         return 1;
2291 }
2292
2293 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2294 {
2295         int i;
2296         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2297                 struct page *p = page + i;
2298
2299                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2300                         return true;
2301         }
2302
2303         return false;
2304 }
2305
2306 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2307 /*
2308  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2309  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2310  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2311  */
2312 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2313 {
2314         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2315                 return check_new_pages(page, order);
2316         else
2317                 return false;
2318 }
2319
2320 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2321 {
2322         return check_new_pages(page, order);
2323 }
2324 #else
2325 /*
2326  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2327  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2328  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2329  */
2330 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2331 {
2332         return check_new_pages(page, order);
2333 }
2334 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2335 {
2336         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2337                 return check_new_pages(page, order);
2338         else
2339                 return false;
2340 }
2341 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2342
2343 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2344                                 gfp_t gfp_flags)
2345 {
2346         set_page_private(page, 0);
2347         set_page_refcounted(page);
2348
2349         arch_alloc_page(page, order);
2350         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2351
2352         /*
2353          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2354          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2355          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2356          */
2357         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2358
2359         /*
2360          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2361          * kasan_alloc_pages and kernel_init_free_pages must be
2362          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2363          */
2364         if (kasan_has_integrated_init()) {
2365                 kasan_alloc_pages(page, order, gfp_flags);
2366         } else {
2367                 bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags);
2368
2369                 kasan_unpoison_pages(page, order, init);
2370                 if (init)
2371                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order,
2372                                                gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
2373         }
2374
2375         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2376         page_table_check_alloc(page, order);
2377 }
2378
2379 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2380                                                         unsigned int alloc_flags)
2381 {
2382         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2383
2384         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2385                 prep_compound_page(page, order);
2386
2387         /*
2388          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2389          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2390          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2391          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2392          */
2393         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2394                 set_page_pfmemalloc(page);
2395         else
2396                 clear_page_pfmemalloc(page);
2397 }
2398
2399 /*
2400  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2401  * the smallest available page from the freelists
2402  */
2403 static __always_inline
2404 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2405                                                 int migratetype)
2406 {
2407         unsigned int current_order;
2408         struct free_area *area;
2409         struct page *page;
2410
2411         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2412         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2413                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2414                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2415                 if (!page)
2416                         continue;
2417                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2418                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2419                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2420                 return page;
2421         }
2422
2423         return NULL;
2424 }
2425
2426
2427 /*
2428  * This array describes the order lists are fallen back to when
2429  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2430  *
2431  * The other migratetypes do not have fallbacks.
2432  */
2433 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2434         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2435         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2436         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2437 };
2438
2439 #ifdef CONFIG_CMA
2440 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2441                                         unsigned int order)
2442 {
2443         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2444 }
2445 #else
2446 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2447                                         unsigned int order) { return NULL; }
2448 #endif
2449
2450 /*
2451  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2452  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2453  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2454  */
2455 static int move_freepages(struct zone *zone,
2456                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2457                           int migratetype, int *num_movable)
2458 {
2459         struct page *page;
2460         unsigned long pfn;
2461         unsigned int order;
2462         int pages_moved = 0;
2463
2464         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2465                 page = pfn_to_page(pfn);
2466                 if (!PageBuddy(page)) {
2467                         /*
2468                          * We assume that pages that could be isolated for
2469                          * migration are movable. But we don't actually try
2470                          * isolating, as that would be expensive.
2471                          */
2472                         if (num_movable &&
2473                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2474                                 (*num_movable)++;
2475                         pfn++;
2476                         continue;
2477                 }
2478
2479                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2480                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2481                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2482
2483                 order = buddy_order(page);
2484                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2485                 pfn += 1 << order;
2486                 pages_moved += 1 << order;
2487         }
2488
2489         return pages_moved;
2490 }
2491
2492 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2493                                 int migratetype, int *num_movable)
2494 {
2495         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2496
2497         if (num_movable)
2498                 *num_movable = 0;
2499
2500         pfn = page_to_pfn(page);
2501         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2502         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2503
2504         /* Do not cross zone boundaries */
2505         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2506                 start_pfn = pfn;
2507         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2508                 return 0;
2509
2510         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2511                                                                 num_movable);
2512 }
2513
2514 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2515                                         int start_order, int migratetype)
2516 {
2517         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2518
2519         while (nr_pageblocks--) {
2520                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2521                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2522         }
2523 }
2524
2525 /*
2526  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2527  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2528  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2529  *
2530  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2531  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2532  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2533  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2534  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2535  * pageblocks.
2536  */
2537 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2538 {
2539         /*
2540          * Leaving this order check is intended, although there is
2541          * relaxed order check in next check. The reason is that
2542          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2543          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2544          * so could be changed anytime.
2545          */
2546         if (order >= pageblock_order)
2547                 return true;
2548
2549         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2550                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2551                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2552                 page_group_by_mobility_disabled)
2553                 return true;
2554
2555         return false;
2556 }
2557
2558 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2559 {
2560         unsigned long max_boost;
2561
2562         if (!watermark_boost_factor)
2563                 return false;
2564         /*
2565          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2566          * On small machines, including kdump capture kernels running
2567          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2568          * memory situation immediately.
2569          */
2570         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2571                 return false;
2572
2573         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2574                         watermark_boost_factor, 10000);
2575
2576         /*
2577          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2578          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2579          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2580          * allocations that early means that reclaim is not going
2581          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2582          * boosted watermark resulting in a hang.
2583          */
2584         if (!max_boost)
2585                 return false;
2586
2587         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2588
2589         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2590                 max_boost);
2591
2592         return true;
2593 }
2594
2595 /*
2596  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2597  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2598  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2599  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2600  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2601  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2602  */
2603 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2604                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2605 {
2606         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2607         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2608         int old_block_type;
2609
2610         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2611
2612         /*
2613          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2614          * highatomic accounting.
2615          */
2616         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2617                 goto single_page;
2618
2619         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2620         if (current_order >= pageblock_order) {
2621                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2622                 goto single_page;
2623         }
2624
2625         /*
2626          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2627          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2628          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2629          */
2630         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2631                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2632
2633         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2634         if (!whole_block)
2635                 goto single_page;
2636
2637         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2638                                                 &movable_pages);
2639         /*
2640          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2641          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2642          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2643          */
2644         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2645                 alike_pages = movable_pages;
2646         } else {
2647                 /*
2648                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2649                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2650                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2651                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2652                  * exact migratetype of non-movable pages.
2653                  */
2654                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2655                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2656                                                 - (free_pages + movable_pages);
2657                 else
2658                         alike_pages = 0;
2659         }
2660
2661         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2662         if (!free_pages)
2663                 goto single_page;
2664
2665         /*
2666          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2667          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2668          */
2669         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2670                         page_group_by_mobility_disabled)
2671                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2672
2673         return;
2674
2675 single_page:
2676         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2677 }
2678
2679 /*
2680  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2681  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2682  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2683  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2684  */
2685 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2686                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2687 {
2688         int i;
2689         int fallback_mt;
2690
2691         if (area->nr_free == 0)
2692                 return -1;
2693
2694         *can_steal = false;
2695         for (i = 0;; i++) {
2696                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2697                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2698                         break;
2699
2700                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2701                         continue;
2702
2703                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2704                         *can_steal = true;
2705
2706                 if (!only_stealable)
2707                         return fallback_mt;
2708
2709                 if (*can_steal)
2710                         return fallback_mt;
2711         }
2712
2713         return -1;
2714 }
2715
2716 /*
2717  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2718  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2719  */
2720 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2721                                 unsigned int alloc_order)
2722 {
2723         int mt;
2724         unsigned long max_managed, flags;
2725
2726         /*
2727          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2728          * Check is race-prone but harmless.
2729          */
2730         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2731         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2732                 return;
2733
2734         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2735
2736         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2737         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2738                 goto out_unlock;
2739
2740         /* Yoink! */
2741         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2742         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
2743         if (migratetype_is_mergeable(mt)) {
2744                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2745                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2746                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2747         }
2748
2749 out_unlock:
2750         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2751 }
2752
2753 /*
2754  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2755  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2756  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2757  * to recover from than an OOM.
2758  *
2759  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2760  * pageblock is exhausted.
2761  */
2762 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2763                                                 bool force)
2764 {
2765         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2766         unsigned long flags;
2767         struct zoneref *z;
2768         struct zone *zone;
2769         struct page *page;
2770         int order;
2771         bool ret;
2772
2773         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2774                                                                 ac->nodemask) {
2775                 /*
2776                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2777                  * is really high.
2778                  */
2779                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2780                                         pageblock_nr_pages)
2781                         continue;
2782
2783                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2784                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2785                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2786
2787                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2788                         if (!page)
2789                                 continue;
2790
2791                         /*
2792                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2793                          * we can counter several free pages in a pageblock
2794                          * in this loop although we changed the pageblock type
2795                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2796                          * adjust the count once.
2797                          */
2798                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2799                                 /*
2800                                  * It should never happen but changes to
2801                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2802                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2803                                  * while unreserving so be safe and watch for
2804                                  * underflows.
2805                                  */
2806                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2807                                                 pageblock_nr_pages,
2808                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2809                         }
2810
2811                         /*
2812                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2813                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2814                          * is doing the work and needs the pages. More
2815                          * importantly, if the block was always converted to
2816                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2817                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2818                          * may increase.
2819                          */
2820                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2821                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2822                                                                         NULL);
2823                         if (ret) {
2824                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2825                                 return ret;
2826                         }
2827                 }
2828                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2829         }
2830
2831         return false;
2832 }
2833
2834 /*
2835  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2836  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2837  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2838  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2839  *
2840  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2841  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2842  * condition simpler.
2843  */
2844 static __always_inline bool
2845 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2846                                                 unsigned int alloc_flags)
2847 {
2848         struct free_area *area;
2849         int current_order;
2850         int min_order = order;
2851         struct page *page;
2852         int fallback_mt;
2853         bool can_steal;
2854
2855         /*
2856          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2857          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2858          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2859          */
2860         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2861                 min_order = pageblock_order;
2862
2863         /*
2864          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2865          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2866          * would be too costly to do exactly.
2867          */
2868         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2869                                 --current_order) {
2870                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2871                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2872                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2873                 if (fallback_mt == -1)
2874                         continue;
2875
2876                 /*
2877                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2878                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2879                  * steal and split the smallest available page instead of the
2880                  * largest available page, because even if the next movable
2881                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2882                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2883                  */
2884                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2885                                         && current_order > order)
2886                         goto find_smallest;
2887
2888                 goto do_steal;
2889         }
2890
2891         return false;
2892
2893 find_smallest:
2894         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2895                                                         current_order++) {
2896                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2897                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2898                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2899                 if (fallback_mt != -1)
2900                         break;
2901         }
2902
2903         /*
2904          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2905          * when looking for the largest page.
2906          */
2907         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2908
2909 do_steal:
2910         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2911
2912         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2913                                                                 can_steal);
2914
2915         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2916                 start_migratetype, fallback_mt);
2917
2918         return true;
2919
2920 }
2921
2922 /*
2923  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2924  * Call me with the zone->lock already held.
2925  */
2926 static __always_inline struct page *
2927 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2928                                                 unsigned int alloc_flags)
2929 {
2930         struct page *page;
2931
2932         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2933                 /*
2934                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2935                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2936                  * is in the CMA area.
2937                  */
2938                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2939                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2940                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2941                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2942                         if (page)
2943                                 goto out;
2944                 }
2945         }
2946 retry:
2947         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2948         if (unlikely(!page)) {
2949                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2950                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2951
2952                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2953                                                                 alloc_flags))
2954                         goto retry;
2955         }
2956 out:
2957         if (page)
2958                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2959         return page;
2960 }
2961
2962 /*
2963  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2964  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2965  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2966  */
2967 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2968                         unsigned long count, struct list_head *list,
2969                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2970 {
2971         int i, allocated = 0;
2972
2973         /*
2974          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
2975          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
2976          */
2977         spin_lock(&zone->lock);
2978         for (i = 0; i < count; ++i) {
2979                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2980                                                                 alloc_flags);
2981                 if (unlikely(page == NULL))
2982                         break;
2983
2984                 if (unlikely(check_pcp_refill(page, order)))
2985                         continue;
2986
2987                 /*
2988                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2989                  * physical page order. The page is added to the tail of
2990                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2991                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2992                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2993                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2994                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2995                  * pages are ordered properly.
2996                  */
2997                 list_add_tail(&page->lru, list);
2998                 allocated++;
2999                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3000                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3001                                               -(1 << order));
3002         }
3003
3004         /*
3005          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3006          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3007          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3008          * pages added to the pcp list.
3009          */
3010         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3011         spin_unlock(&zone->lock);
3012         return allocated;
3013 }
3014
3015 #ifdef CONFIG_NUMA
3016 /*
3017  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3018  * currently executing processor on remote nodes after they have
3019  * expired.
3020  *
3021  * Note that this function must be called with the thread pinned to
3022  * a single processor.
3023  */
3024 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3025 {
3026         unsigned long flags;
3027         int to_drain, batch;
3028
3029         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3030         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3031         to_drain = min(pcp->count, batch);
3032         if (to_drain > 0)
3033                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
3034         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3035 }
3036 #endif
3037
3038 /*
3039  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3040  *
3041  * The processor must either be the current processor and the
3042  * thread pinned to the current processor or a processor that
3043  * is not online.
3044  */
3045 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3046 {
3047         unsigned long flags;
3048         struct per_cpu_pages *pcp;
3049
3050         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3051
3052         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3053         if (pcp->count)
3054                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp, 0);
3055
3056         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3057 }
3058
3059 /*
3060  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3061  *
3062  * The processor must either be the current processor and the
3063  * thread pinned to the current processor or a processor that
3064  * is not online.
3065  */
3066 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3067 {
3068         struct zone *zone;
3069
3070         for_each_populated_zone(zone) {
3071                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3072         }
3073 }
3074
3075 /*
3076  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3077  *
3078  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3079  * the single zone's pages.
3080  */
3081 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3082 {
3083         int cpu = smp_processor_id();
3084
3085         if (zone)
3086                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3087         else
3088                 drain_pages(cpu);
3089 }
3090
3091 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3092 {
3093         struct pcpu_drain *drain;
3094
3095         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3096
3097         /*
3098          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3099          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3100          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3101          * cpu which is alright but we also have to make sure to not move to
3102          * a different one.
3103          */
3104         migrate_disable();
3105         drain_local_pages(drain->zone);
3106         migrate_enable();
3107 }
3108
3109 /*
3110  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3111  * drain on all cpus.
3112  *
3113  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3114  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3115  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3116  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3117  * optimizing racy check.
3118  */
3119 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3120 {
3121         int cpu;
3122
3123         /*
3124          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
3125          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3126          */
3127         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3128
3129         /*
3130          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3131          * initialized.
3132          */
3133         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3134                 return;
3135
3136         /*
3137          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3138          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3139          * the drain to be complete when the call returns.
3140          */
3141         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3142                 if (!zone)
3143                         return;
3144                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3145         }
3146
3147         /*
3148          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3149          * as offline notification will cause the notified
3150          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3151          * disables preemption as part of its processing
3152          */
3153         for_each_online_cpu(cpu) {
3154                 struct per_cpu_pages *pcp;
3155                 struct zone *z;
3156                 bool has_pcps = false;
3157
3158                 if (force_all_cpus) {
3159                         /*
3160                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3161                          * guarantee that no cpu is missed.
3162                          */
3163                         has_pcps = true;
3164                 } else if (zone) {
3165                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3166                         if (pcp->count)
3167                                 has_pcps = true;
3168                 } else {
3169                         for_each_populated_zone(z) {
3170                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3171                                 if (pcp->count) {
3172                                         has_pcps = true;
3173                                         break;
3174                                 }
3175                         }
3176                 }
3177
3178                 if (has_pcps)
3179                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3180                 else
3181                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3182         }
3183
3184         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3185                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3186
3187                 drain->zone = zone;
3188                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3189                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3190         }
3191         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3192                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3193
3194         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3195 }
3196
3197 /*
3198  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3199  *
3200  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3201  *
3202  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3203  */
3204 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3205 {
3206         __drain_all_pages(zone, false);
3207 }
3208
3209 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3210
3211 /*
3212  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3213  */
3214 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3215
3216 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3217 {
3218         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3219         unsigned long flags;
3220         unsigned int order, t;
3221         struct page *page;
3222
3223         if (zone_is_empty(zone))
3224                 return;
3225
3226         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3227
3228         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3229         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3230                 if (pfn_valid(pfn)) {
3231                         page = pfn_to_page(pfn);
3232
3233                         if (!--page_count) {
3234                                 touch_nmi_watchdog();
3235                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3236                         }
3237
3238                         if (page_zone(page) != zone)
3239                                 continue;
3240
3241                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3242                                 swsusp_unset_page_free(page);
3243                 }
3244
3245         for_each_migratetype_order(order, t) {
3246                 list_for_each_entry(page,
3247                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3248                         unsigned long i;
3249
3250                         pfn = page_to_pfn(page);
3251                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3252                                 if (!--page_count) {
3253                                         touch_nmi_watchdog();
3254                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3255                                 }
3256                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3257                         }
3258                 }
3259         }
3260         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3261 }
3262 #endif /* CONFIG_PM */
3263
3264 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3265                                                         unsigned int order)
3266 {
3267         int migratetype;
3268
3269         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3270                 return false;
3271
3272         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3273         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3274         return true;
3275 }
3276
3277 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch,
3278                        bool free_high)
3279 {
3280         int min_nr_free, max_nr_free;
3281
3282         /* Free everything if batch freeing high-order pages. */
3283         if (unlikely(free_high))
3284                 return pcp->count;
3285
3286         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3287         if (unlikely(high < batch))
3288                 return 1;
3289
3290         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3291         min_nr_free = batch;
3292         max_nr_free = high - batch;
3293
3294         /*
3295          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3296          * freeing of pages without any allocation.
3297          */
3298         batch <<= pcp->free_factor;
3299         if (batch < max_nr_free)
3300                 pcp->free_factor++;
3301         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3302
3303         return batch;
3304 }
3305
3306 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
3307                        bool free_high)
3308 {
3309         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3310
3311         if (unlikely(!high || free_high))
3312                 return 0;
3313
3314         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3315                 return high;
3316
3317         /*
3318          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3319          * stored on pcp lists
3320          */
3321         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3322 }
3323
3324 static void free_unref_page_commit(struct page *page, int migratetype,
3325                                    unsigned int order)
3326 {
3327         struct zone *zone = page_zone(page);
3328         struct per_cpu_pages *pcp;
3329         int high;
3330         int pindex;
3331         bool free_high;
3332
3333         __count_vm_event(PGFREE);
3334         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3335         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3336         list_add(&page->lru, &pcp->lists[pindex]);
3337         pcp->count += 1 << order;
3338
3339         /*
3340          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
3341          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
3342          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
3343          * stops will be drained from vmstat refresh context.
3344          */
3345         free_high = (pcp->free_factor && order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
3346
3347         high = nr_pcp_high(pcp, zone, free_high);
3348         if (pcp->count >= high) {
3349                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3350
3351                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch, free_high), pcp, pindex);
3352         }
3353 }
3354
3355 /*
3356  * Free a pcp page
3357  */
3358 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3359 {
3360         unsigned long flags;
3361         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3362         int migratetype;
3363
3364         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3365                 return;
3366
3367         /*
3368          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3369          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3370          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3371          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3372          * excessively into the page allocator
3373          */
3374         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3375         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3376                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3377                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3378                         return;
3379                 }
3380                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3381         }
3382
3383         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3384         free_unref_page_commit(page, migratetype, order);
3385         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3386 }
3387
3388 /*
3389  * Free a list of 0-order pages
3390  */
3391 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3392 {
3393         struct page *page, *next;
3394         unsigned long flags;
3395         int batch_count = 0;
3396         int migratetype;
3397
3398         /* Prepare pages for freeing */
3399         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3400                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3401                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
3402                         list_del(&page->lru);
3403                         continue;
3404                 }
3405
3406                 /*
3407                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3408                  * comment in free_unref_page.
3409                  */
3410                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3411                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3412                         list_del(&page->lru);
3413                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
3414                         continue;
3415                 }
3416         }
3417
3418         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3419         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3420                 /*
3421                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3422                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3423                  */
3424                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3425                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
3426                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3427
3428                 trace_mm_page_free_batched(page);
3429                 free_unref_page_commit(page, migratetype, 0);
3430
3431                 /*
3432                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3433                  * a large list of pages to free.
3434                  */
3435                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3436                         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3437                         batch_count = 0;
3438                         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3439                 }
3440         }
3441         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3442 }
3443
3444 /*
3445  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3446  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3447  * Each sub-page must be freed individually.
3448  *
3449  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3450  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3451  */
3452 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3453 {
3454         int i;
3455
3456         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3457         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3458
3459         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3460                 set_page_refcounted(page + i);
3461         split_page_owner(page, 1 << order);
3462         split_page_memcg(page, 1 << order);
3463 }
3464 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3465
3466 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3467 {
3468         unsigned long watermark;
3469         struct zone *zone;
3470         int mt;
3471
3472         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3473
3474         zone = page_zone(page);
3475         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3476
3477         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3478                 /*
3479                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3480                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3481                  * watermark, because we already know our high-order page
3482                  * exists.
3483                  */
3484                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3485                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3486                         return 0;
3487
3488                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3489         }
3490
3491         /* Remove page from free list */
3492
3493         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3494
3495         /*
3496          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3497          * pageblock
3498          */
3499         if (order >= pageblock_order - 1) {
3500                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3501                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3502                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3503                         /*
3504                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
3505                          * with others)
3506                          */
3507                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
3508                                 set_pageblock_migratetype(page,
3509                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3510                 }
3511         }
3512
3513
3514         return 1UL << order;
3515 }
3516
3517 /**
3518  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3519  * @page: Page that was isolated
3520  * @order: Order of the isolated page
3521  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3522  *
3523  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3524  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3525  */
3526 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3527 {
3528         struct zone *zone = page_zone(page);
3529
3530         /* zone lock should be held when this function is called */
3531         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3532
3533         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3534         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3535                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3536 }
3537
3538 /*
3539  * Update NUMA hit/miss statistics
3540  *
3541  * Must be called with interrupts disabled.
3542  */
3543 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3544                                    long nr_account)
3545 {
3546 #ifdef CONFIG_NUMA
3547         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3548
3549         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3550         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3551                 return;
3552
3553         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3554                 local_stat = NUMA_OTHER;
3555
3556         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3557                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3558         else {
3559                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3560                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3561         }
3562         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3563 #endif
3564 }
3565
3566 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3567 static inline
3568 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3569                         int migratetype,
3570                         unsigned int alloc_flags,
3571                         struct per_cpu_pages *pcp,
3572                         struct list_head *list)
3573 {
3574         struct page *page;
3575
3576         do {
3577                 if (list_empty(list)) {
3578                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3579                         int alloced;
3580
3581                         /*
3582                          * Scale batch relative to order if batch implies
3583                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3584                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3585                          * should never store free pages as the pages may
3586                          * belong to arbitrary zones.
3587                          */
3588                         if (batch > 1)
3589                                 batch = max(batch >> order, 2);
3590                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3591                                         batch, list,
3592                                         migratetype, alloc_flags);
3593
3594                         pcp->count += alloced << order;
3595                         if (unlikely(list_empty(list)))
3596                                 return NULL;
3597                 }
3598
3599                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3600                 list_del(&page->lru);
3601                 pcp->count -= 1 << order;
3602         } while (check_new_pcp(page, order));
3603
3604         return page;
3605 }
3606
3607 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3608 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3609                         struct zone *zone, unsigned int order,
3610                         gfp_t gfp_flags, int migratetype,
3611                         unsigned int alloc_flags)
3612 {
3613         struct per_cpu_pages *pcp;
3614         struct list_head *list;
3615         struct page *page;
3616         unsigned long flags;
3617
3618         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3619
3620         /*
3621          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3622          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3623          * frees.
3624          */
3625         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3626         pcp->free_factor >>= 1;
3627         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3628         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3629         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3630         if (page) {
3631                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3632                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3633         }
3634         return page;
3635 }
3636
3637 /*
3638  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3639  */
3640 static inline
3641 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3642                         struct zone *zone, unsigned int order,
3643                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3644                         int migratetype)
3645 {
3646         unsigned long flags;
3647         struct page *page;
3648
3649         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3650                 /*
3651                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3652                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3653                  */
3654                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3655                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3656                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3657                                         gfp_flags, migratetype, alloc_flags);
3658                         goto out;
3659                 }
3660         }
3661
3662         /*
3663          * We most definitely don't want callers attempting to
3664          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3665          */
3666         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3667
3668         do {
3669                 page = NULL;
3670                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3671                 /*
3672                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3673                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3674                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3675                  * request should skip it.
3676                  */
3677                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3678                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3679                         if (page)
3680                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3681                 }
3682                 if (!page) {
3683                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3684                         if (!page)
3685                                 goto failed;
3686                 }
3687                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3688                                           get_pcppage_migratetype(page));
3689                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3690         } while (check_new_pages(page, order));
3691
3692         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3693         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3694
3695 out:
3696         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3697         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3698                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3699                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3700         }
3701
3702         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3703         return page;
3704
3705 failed:
3706         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3707         return NULL;
3708 }
3709
3710 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3711
3712 static struct {
3713         struct fault_attr attr;
3714
3715         bool ignore_gfp_highmem;
3716         bool ignore_gfp_reclaim;
3717         u32 min_order;
3718 } fail_page_alloc = {
3719         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3720         .ignore_gfp_reclaim = true,
3721         .ignore_gfp_highmem = true,
3722         .min_order = 1,
3723 };
3724
3725 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3726 {
3727         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3728 }
3729 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3730
3731 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3732 {
3733         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3734                 return false;
3735         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3736                 return false;
3737         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3738                 return false;
3739         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3740                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3741                 return false;
3742
3743         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3744 }
3745
3746 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3747
3748 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3749 {
3750         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3751         struct dentry *dir;
3752
3753         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3754                                         &fail_page_alloc.attr);
3755
3756         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3757                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3758         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3759                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3760         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3761
3762         return 0;
3763 }
3764
3765 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3766
3767 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3768
3769 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3770
3771 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3772 {
3773         return false;
3774 }
3775
3776 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3777
3778 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3779 {
3780         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3781 }
3782 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3783
3784 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3785                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3786 {
3787         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3788         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3789
3790         /*
3791          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3792          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3793          * atomic reserve but it avoids a search.
3794          */
3795         if (likely(!alloc_harder))
3796                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3797
3798 #ifdef CONFIG_CMA
3799         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3800         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3801                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3802 #endif
3803
3804         return unusable_free;
3805 }
3806
3807 /*
3808  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3809  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3810  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3811  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3812  */
3813 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3814                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3815                          long free_pages)
3816 {
3817         long min = mark;
3818         int o;
3819         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3820
3821         /* free_pages may go negative - that's OK */
3822         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3823
3824         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3825                 min -= min / 2;
3826
3827         if (unlikely(alloc_harder)) {
3828                 /*
3829                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3830                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3831                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3832                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3833                  */
3834                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3835                         min -= min / 2;
3836                 else
3837                         min -= min / 4;
3838         }
3839
3840         /*
3841          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3842          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3843          * even if a suitable page happened to be free.
3844          */
3845         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3846                 return false;
3847
3848         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3849         if (!order)
3850                 return true;
3851
3852         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3853         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3854                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3855                 int mt;
3856
3857                 if (!area->nr_free)
3858                         continue;
3859
3860                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3861                         if (!free_area_empty(area, mt))
3862                                 return true;
3863                 }
3864
3865 #ifdef CONFIG_CMA
3866                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3867                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3868                         return true;
3869                 }
3870 #endif
3871                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3872                         return true;
3873         }
3874         return false;
3875 }
3876
3877 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3878                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3879 {
3880         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3881                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3882 }
3883
3884 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3885                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3886                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3887 {
3888         long free_pages;
3889
3890         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3891
3892         /*
3893          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3894          * need to be calculated.
3895          */
3896         if (!order) {
3897                 long fast_free;
3898
3899                 fast_free = free_pages;
3900                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3901                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3902                         return true;
3903         }
3904
3905         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3906                                         free_pages))
3907                 return true;
3908         /*
3909          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3910          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3911          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3912          * when below the low watermark.
3913          */
3914         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3915                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3916                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3917                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3918                                         alloc_flags, free_pages);
3919         }
3920
3921         return false;
3922 }
3923
3924 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3925                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3926 {
3927         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3928
3929         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3930                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3931
3932         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3933                                                                 free_pages);
3934 }
3935
3936 #ifdef CONFIG_NUMA
3937 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
3938
3939 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3940 {
3941         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3942                                 node_reclaim_distance;
3943 }
3944 #else   /* CONFIG_NUMA */
3945 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3946 {
3947         return true;
3948 }
3949 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3950
3951 /*
3952  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3953  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3954  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3955  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3956  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3957  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3958  */
3959 static inline unsigned int
3960 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3961 {
3962         unsigned int alloc_flags;
3963
3964         /*
3965          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3966          * to save a branch.
3967          */
3968         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3969
3970 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3971         if (!zone)
3972                 return alloc_flags;
3973
3974         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3975                 return alloc_flags;
3976
3977         /*
3978          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3979          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3980          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3981          */
3982         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3983         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3984                 return alloc_flags;
3985
3986         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3987 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3988         return alloc_flags;
3989 }
3990
3991 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
3992 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
3993                                                   unsigned int alloc_flags)
3994 {
3995 #ifdef CONFIG_CMA
3996         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3997                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3998 #endif
3999         return alloc_flags;
4000 }
4001
4002 /*
4003  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4004  * a page.
4005  */
4006 static struct page *
4007 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4008                                                 const struct alloc_context *ac)
4009 {
4010         struct zoneref *z;
4011         struct zone *zone;
4012         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
4013         bool no_fallback;
4014
4015 retry:
4016         /*
4017          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4018          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
4019          */
4020         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4021         z = ac->preferred_zoneref;
4022         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4023                                         ac->nodemask) {
4024                 struct page *page;
4025                 unsigned long mark;
4026
4027                 if (cpusets_enabled() &&
4028                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4029                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4030                                 continue;
4031                 /*
4032                  * When allocating a page cache page for writing, we
4033                  * want to get it from a node that is within its dirty
4034                  * limit, such that no single node holds more than its
4035                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4036                  * The dirty limits take into account the node's
4037                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4038                  * should be able to balance it without having to
4039                  * write pages from its LRU list.
4040                  *
4041                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4042                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4043                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4044                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4045                  * nodes are together not big enough to reach the
4046                  * global limit.  The proper fix for these situations
4047                  * will require awareness of nodes in the
4048                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4049                  */
4050                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4051                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
4052                                 continue;
4053
4054                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
4055                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
4056                                 continue;
4057                         }
4058                 }
4059
4060                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4061                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4062                         int local_nid;
4063
4064                         /*
4065                          * If moving to a remote node, retry but allow
4066                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4067                          * than fragmentation avoidance.
4068                          */
4069                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4070                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4071                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4072                                 goto retry;
4073                         }
4074                 }
4075
4076                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4077                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4078                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4079                                        gfp_mask)) {
4080                         int ret;
4081
4082 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4083                         /*
4084                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4085                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4086                          */
4087                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4088                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4089                                         goto try_this_zone;
4090                         }
4091 #endif
4092                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4093                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4094                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4095                                 goto try_this_zone;
4096
4097                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4098                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4099                                 continue;
4100
4101                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4102                         switch (ret) {
4103                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4104                                 /* did not scan */
4105                                 continue;
4106                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4107                                 /* scanned but unreclaimable */
4108                                 continue;
4109                         default:
4110                                 /* did we reclaim enough */
4111                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4112                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4113                                         goto try_this_zone;
4114
4115                                 continue;
4116                         }
4117                 }
4118
4119 try_this_zone:
4120                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4121                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4122                 if (page) {
4123                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4124
4125                         /*
4126                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4127                          * if the pageblock should be reserved for the future
4128                          */
4129                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4130                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4131
4132                         return page;
4133                 } else {
4134 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4135                         /* Try again if zone has deferred pages */
4136                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4137                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4138                                         goto try_this_zone;
4139                         }
4140 #endif
4141                 }
4142         }
4143
4144         /*
4145          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4146          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4147          */
4148         if (no_fallback) {
4149                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4150                 goto retry;
4151         }
4152
4153         return NULL;
4154 }
4155
4156 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4157 {
4158         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4159
4160         /*
4161          * This documents exceptions given to allocations in certain
4162          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4163          * of allowed nodes.
4164          */
4165         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4166                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4167                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4168                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4169         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4170                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4171
4172         show_mem(filter, nodemask);
4173 }
4174
4175 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4176 {
4177         struct va_format vaf;
4178         va_list args;
4179         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4180
4181         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
4182              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
4183              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
4184                 return;
4185
4186         va_start(args, fmt);
4187         vaf.fmt = fmt;
4188         vaf.va = &args;
4189         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4190                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4191                         nodemask_pr_args(nodemask));
4192         va_end(args);
4193
4194         cpuset_print_current_mems_allowed();
4195         pr_cont("\n");
4196         dump_stack();
4197         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4198 }
4199
4200 static inline struct page *
4201 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4202                               unsigned int alloc_flags,
4203                               const struct alloc_context *ac)
4204 {
4205         struct page *page;
4206
4207         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4208                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4209         /*
4210          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4211          * are depleted
4212          */
4213         if (!page)
4214                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4215                                 alloc_flags, ac);
4216
4217         return page;
4218 }
4219
4220 static inline struct page *
4221 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4222         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4223 {
4224         struct oom_control oc = {
4225                 .zonelist = ac->zonelist,
4226                 .nodemask = ac->nodemask,
4227                 .memcg = NULL,
4228                 .gfp_mask = gfp_mask,
4229                 .order = order,
4230         };
4231         struct page *page;
4232
4233         *did_some_progress = 0;
4234
4235         /*
4236          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4237          * making progress for us.
4238          */
4239         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4240                 *did_some_progress = 1;
4241                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4242                 return NULL;
4243         }
4244
4245         /*
4246          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4247          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4248          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4249          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4250          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4251          */
4252         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4253                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4254                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4255         if (page)
4256                 goto out;
4257
4258         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4259         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4260                 goto out;
4261         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4262         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4263                 goto out;
4264         /*
4265          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4266          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4267          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4268          * fallback than shooting a random task.
4269          *
4270          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4271          */
4272         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4273                 goto out;
4274         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4275         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4276                 goto out;
4277         if (pm_suspended_storage())
4278                 goto out;
4279         /*
4280          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4281          * other request to make a forward progress.
4282          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4283          * do much for this context but let's try it to at least get
4284          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4285          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4286          * failures more gracefully we should just bail out here.
4287          */
4288
4289         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4290         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4291                 *did_some_progress = 1;
4292
4293                 /*
4294                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4295                  * reserves
4296                  */
4297                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4298                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4299                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4300         }
4301 out:
4302         mutex_unlock(&oom_lock);
4303         return page;
4304 }
4305
4306 /*
4307  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4308  * killer is consider as the only way to move forward.
4309  */
4310 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4311
4312 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4313 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4314 static struct page *
4315 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4316                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4317                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4318 {
4319         struct page *page = NULL;
4320         unsigned long pflags;
4321         unsigned int noreclaim_flag;
4322
4323         if (!order)
4324                 return NULL;
4325
4326         psi_memstall_enter(&pflags);
4327         delayacct_compact_start();
4328         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4329
4330         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4331                                                                 prio, &page);
4332
4333         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4334         psi_memstall_leave(&pflags);
4335         delayacct_compact_end();
4336
4337         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4338                 return NULL;
4339         /*
4340          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4341          * count a compaction stall
4342          */
4343         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4344
4345         /* Prep a captured page if available */
4346         if (page)
4347                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4348
4349         /* Try get a page from the freelist if available */
4350         if (!page)
4351                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4352
4353         if (page) {
4354                 struct zone *zone = page_zone(page);
4355
4356                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4357                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4358                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4359                 return page;
4360         }
4361
4362         /*
4363          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4364          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4365          */
4366         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4367
4368         cond_resched();
4369
4370         return NULL;
4371 }
4372
4373 static inline bool
4374 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4375                      enum compact_result compact_result,
4376                      enum compact_priority *compact_priority,
4377                      int *compaction_retries)
4378 {
4379         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4380         int min_priority;
4381         bool ret = false;
4382         int retries = *compaction_retries;
4383         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4384
4385         if (!order)
4386                 return false;
4387
4388         if (fatal_signal_pending(current))
4389                 return false;
4390
4391         if (compaction_made_progress(compact_result))
4392                 (*compaction_retries)++;
4393
4394         /*
4395          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4396          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4397          * failure could be caused by insufficient priority
4398          */
4399         if (compaction_failed(compact_result))
4400                 goto check_priority;
4401
4402         /*
4403          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4404          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4405          */
4406         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4407                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4408                 goto out;
4409         }
4410
4411         /*
4412          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4413          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4414          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4415          * we don't just keep bailing out endlessly.
4416          */
4417         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4418                 goto check_priority;
4419         }
4420
4421         /*
4422          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4423          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4424          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4425          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4426          * would need much more detailed feedback from compaction to
4427          * make a better decision.
4428          */
4429         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4430                 max_retries /= 4;
4431         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4432                 ret = true;
4433                 goto out;
4434         }
4435
4436         /*
4437          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4438          * all retries or failed at the lower priorities.
4439          */
4440 check_priority:
4441         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4442                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4443
4444         if (*compact_priority > min_priority) {
4445                 (*compact_priority)--;
4446                 *compaction_retries = 0;
4447                 ret = true;
4448         }
4449 out:
4450         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4451         return ret;
4452 }
4453 #else
4454 static inline struct page *
4455 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4456                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4457                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4458 {
4459         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4460         return NULL;
4461 }
4462
4463 static inline bool
4464 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4465                      enum compact_result compact_result,
4466                      enum compact_priority *compact_priority,
4467                      int *compaction_retries)
4468 {
4469         struct zone *zone;
4470         struct zoneref *z;
4471
4472         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4473                 return false;
4474
4475         /*
4476          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4477          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4478          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4479          * watermarks are OK.
4480          */
4481         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4482                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4483                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4484                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4485                         return true;
4486         }
4487         return false;
4488 }
4489 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4490
4491 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4492 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4493         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4494
4495 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4496 {
4497         /* no reclaim without waiting on it */
4498         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4499                 return false;
4500
4501         /* this guy won't enter reclaim */
4502         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4503                 return false;
4504
4505         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4506                 return false;
4507
4508         return true;
4509 }
4510
4511 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
4512 {
4513         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
4514 }
4515
4516 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
4517 {
4518         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
4519 }
4520
4521 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4522 {
4523         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4524
4525         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4526                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4527                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
4528
4529 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4530                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4531                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4532 #endif
4533
4534         }
4535 }
4536 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4537
4538 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4539 {
4540         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4541
4542         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4543                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4544                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
4545         }
4546 }
4547 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4548 #endif
4549
4550 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4551 static unsigned long
4552 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4553                                         const struct alloc_context *ac)
4554 {
4555         unsigned int noreclaim_flag;
4556         unsigned long progress;
4557
4558         cond_resched();
4559
4560         /* We now go into synchronous reclaim */
4561         cpuset_memory_pressure_bump();
4562         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4563         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4564
4565         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4566                                                                 ac->nodemask);
4567
4568         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4569         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4570
4571         cond_resched();
4572
4573         return progress;
4574 }
4575
4576 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4577 static inline struct page *
4578 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4579                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4580                 unsigned long *did_some_progress)
4581 {
4582         struct page *page = NULL;
4583         unsigned long pflags;
4584         bool drained = false;
4585
4586         psi_memstall_enter(&pflags);
4587         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4588         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4589                 goto out;
4590
4591 retry:
4592         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4593
4594         /*
4595          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4596          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4597          * Shrink them and try again
4598          */
4599         if (!page && !drained) {
4600                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4601                 drain_all_pages(NULL);
4602                 drained = true;
4603                 goto retry;
4604         }
4605 out:
4606         psi_memstall_leave(&pflags);
4607
4608         return page;
4609 }
4610
4611 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4612                              const struct alloc_context *ac)
4613 {
4614         struct zoneref *z;
4615         struct zone *zone;
4616         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4617         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4618
4619         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4620                                         ac->nodemask) {
4621                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4622                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4623                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4624         }
4625 }
4626
4627 static inline unsigned int
4628 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4629 {
4630         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4631
4632         /*
4633          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4634          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4635          * to save two branches.
4636          */
4637         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4638         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4639
4640         /*
4641          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4642          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4643          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4644          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4645          */
4646         alloc_flags |= (__force int)
4647                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4648
4649         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4650                 /*
4651                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4652                  * if it can't schedule.
4653                  */
4654                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4655                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4656                 /*
4657                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4658                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4659                  */
4660                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4661         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
4662                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4663
4664         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4665
4666         return alloc_flags;
4667 }
4668
4669 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4670 {
4671         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4672                 return false;
4673
4674         /*
4675          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4676          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4677          */
4678         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4679                 return false;
4680
4681         return true;
4682 }
4683
4684 /*
4685  * Distinguish requests which really need access to full memory
4686  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4687  */
4688 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4689 {
4690         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4691                 return 0;
4692         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4693                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4694         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4695                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4696         if (!in_interrupt()) {
4697                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4698                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4699                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4700                         return ALLOC_OOM;
4701         }
4702
4703         return 0;
4704 }
4705
4706 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4707 {
4708         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4709 }
4710
4711 /*
4712  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4713  * for the given allocation request.
4714  *
4715  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4716  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4717  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4718  *
4719  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4720  */
4721 static inline bool
4722 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4723                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4724                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4725 {
4726         struct zone *zone;
4727         struct zoneref *z;
4728         bool ret = false;
4729
4730         /*
4731          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4732          * their order will become available due to high fragmentation so
4733          * always increment the no progress counter for them
4734          */
4735         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4736                 *no_progress_loops = 0;
4737         else
4738                 (*no_progress_loops)++;
4739
4740         /*
4741          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4742          * several times in the row.
4743          */
4744         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4745                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4746                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4747         }
4748
4749         /*
4750          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4751          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4752          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4753          * screwed and have to go OOM.
4754          */
4755         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4756                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4757                 unsigned long available;
4758                 unsigned long reclaimable;
4759                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4760                 bool wmark;
4761
4762                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4763                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4764
4765                 /*
4766                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4767                  * reclaimable pages?
4768                  */
4769                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4770                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4771                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4772                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4773                 if (wmark) {
4774                         ret = true;
4775                         break;
4776                 }
4777         }
4778
4779         /*
4780          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4781          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4782          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4783          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4784          * here rather than calling cond_resched().
4785          */
4786         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4787                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4788         else
4789                 cond_resched();
4790         return ret;
4791 }
4792
4793 static inline bool
4794 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4795 {
4796         /*
4797          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4798          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4799          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4800          * such a way the check therein was true, and then it became false
4801          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4802          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4803          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4804          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4805          * caller can deal with a violated nodemask.
4806          */
4807         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4808                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4809                 ac->nodemask = NULL;
4810                 return true;
4811         }
4812
4813         /*
4814          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4815          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4816          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4817          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4818          * retry.
4819          */
4820         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4821                 return true;
4822
4823         return false;
4824 }
4825
4826 static inline struct page *
4827 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4828                                                 struct alloc_context *ac)
4829 {
4830         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4831         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4832         struct page *page = NULL;
4833         unsigned int alloc_flags;
4834         unsigned long did_some_progress;
4835         enum compact_priority compact_priority;
4836         enum compact_result compact_result;
4837         int compaction_retries;
4838         int no_progress_loops;
4839         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4840         int reserve_flags;
4841
4842         /*
4843          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4844          * callers that are not in atomic context.
4845          */
4846         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4847                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4848                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4849
4850 retry_cpuset:
4851         compaction_retries = 0;
4852         no_progress_loops = 0;
4853         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4854         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4855
4856         /*
4857          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4858          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4859          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4860          */
4861         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4862
4863         /*
4864          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4865          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4866          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4867          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4868          */
4869         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4870                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4871         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4872                 goto nopage;
4873
4874         /*
4875          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
4876          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
4877          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
4878          */
4879         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
4880                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4881                                         ac->highest_zoneidx,
4882                                         &cpuset_current_mems_allowed);
4883                 if (!z->zone)
4884                         goto nopage;
4885         }
4886
4887         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4888                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4889
4890         /*
4891          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4892          * that first
4893          */
4894         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4895         if (page)
4896                 goto got_pg;
4897
4898         /*
4899          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4900          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4901          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4902          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4903          * same migratetype.
4904          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4905          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4906          */
4907         if (can_direct_reclaim &&
4908                         (costly_order ||
4909                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4910                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4911                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4912                                                 alloc_flags, ac,
4913                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4914                                                 &compact_result);
4915                 if (page)
4916                         goto got_pg;
4917
4918                 /*
4919                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4920                  * includes some THP page fault allocations
4921                  */
4922                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4923                         /*
4924                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4925                          * failed because all zones are below low watermarks
4926                          * or is prohibited because it recently failed at this
4927                          * order, fail immediately unless the allocator has
4928                          * requested compaction and reclaim retry.
4929                          *
4930                          * Reclaim is
4931                          *  - potentially very expensive because zones are far
4932                          *    below their low watermarks or this is part of very
4933                          *    bursty high order allocations,
4934                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4935                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4936                          *    linear scan, and
4937                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4938                          *    own.
4939                          */
4940                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4941                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4942                                 goto nopage;
4943
4944                         /*
4945                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4946                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4947                          * using async compaction.
4948                          */
4949                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4950                 }
4951         }
4952
4953 retry:
4954         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4955         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4956                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4957
4958         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4959         if (reserve_flags)
4960                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
4961
4962         /*
4963          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4964          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4965          * user oriented.
4966          */
4967         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4968                 ac->nodemask = NULL;
4969                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4970                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4971         }
4972
4973         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4974         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4975         if (page)
4976                 goto got_pg;
4977
4978         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4979         if (!can_direct_reclaim)
4980                 goto nopage;
4981
4982         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4983         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4984                 goto nopage;
4985
4986         /* Try direct reclaim and then allocating */
4987         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4988                                                         &did_some_progress);
4989         if (page)
4990                 goto got_pg;
4991
4992         /* Try direct compaction and then allocating */
4993         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4994                                         compact_priority, &compact_result);
4995         if (page)
4996                 goto got_pg;
4997
4998         /* Do not loop if specifically requested */
4999         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5000                 goto nopage;
5001
5002         /*
5003          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5004          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5005          */
5006         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5007                 goto nopage;
5008
5009         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5010                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5011                 goto retry;
5012
5013         /*
5014          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5015          * reclaim is not able to make any progress because the current
5016          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5017          * of free memory (see __compaction_suitable)
5018          */
5019         if (did_some_progress > 0 &&
5020                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5021                                 compact_result, &compact_priority,
5022                                 &compaction_retries))
5023                 goto retry;
5024
5025
5026         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
5027         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5028                 goto retry_cpuset;
5029
5030         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5031         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5032         if (page)
5033                 goto got_pg;
5034
5035         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5036         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5037             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5038              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5039                 goto nopage;
5040
5041         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5042         if (did_some_progress) {
5043                 no_progress_loops = 0;
5044                 goto retry;
5045         }
5046
5047 nopage:
5048         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
5049         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5050                 goto retry_cpuset;
5051
5052         /*
5053          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5054          * we always retry
5055          */
5056         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5057                 /*
5058                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5059                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5060                  */
5061                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
5062                         goto fail;
5063
5064                 /*
5065                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5066                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5067                  * for somebody to do a work for us
5068                  */
5069                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
5070
5071                 /*
5072                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5073                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5074                  * so that we can identify them and convert them to something
5075                  * else.
5076                  */
5077                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
5078
5079                 /*
5080                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5081                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5082                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5083                  * the situation worse
5084                  */
5085                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5086                 if (page)
5087                         goto got_pg;
5088
5089                 cond_resched();
5090                 goto retry;
5091         }
5092 fail:
5093         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5094                         "page allocation failure: order:%u", order);
5095 got_pg:
5096         return page;
5097 }
5098
5099 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5100                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5101                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5102                 unsigned int *alloc_flags)
5103 {
5104         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5105         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5106         ac->nodemask = nodemask;
5107         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5108
5109         if (cpusets_enabled()) {
5110                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5111                 /*
5112                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5113                  * to the current task context. It means that any node ok.
5114                  */
5115                 if (in_task() && !ac->nodemask)
5116                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5117                 else
5118                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5119         }
5120
5121         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
5122         fs_reclaim_release(gfp_mask);
5123
5124         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
5125
5126         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5127                 return false;
5128
5129         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5130
5131         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5132         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5133
5134         /*
5135          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5136          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5137          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5138          */
5139         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5140                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5141
5142         return true;
5143 }
5144
5145 /*
5146  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5147  * @gfp: GFP flags for the allocation
5148  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5149  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5150  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5151  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5152  * @page_array: Optional array to store the pages
5153  *
5154  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5155  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5156  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5157  *
5158  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5159  *
5160  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5161  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5162  *
5163  * Returns the number of pages on the list or array.
5164  */
5165 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5166                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5167                         struct list_head *page_list,
5168                         struct page **page_array)
5169 {
5170         struct page *page;
5171         unsigned long flags;
5172         struct zone *zone;
5173         struct zoneref *z;
5174         struct per_cpu_pages *pcp;
5175         struct list_head *pcp_list;
5176         struct alloc_context ac;
5177         gfp_t alloc_gfp;
5178         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5179         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5180
5181         /*
5182          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5183          * to be allocated before disabling IRQs.
5184          */
5185         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5186                 nr_populated++;
5187
5188         /* No pages requested? */
5189         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5190                 goto out;
5191
5192         /* Already populated array? */
5193         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5194                 goto out;
5195
5196         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
5197         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
5198                 goto failed;
5199
5200         /* Use the single page allocator for one page. */
5201         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5202                 goto failed;
5203
5204 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
5205         /*
5206          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
5207          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
5208          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
5209          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
5210          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
5211          */
5212         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
5213                 goto failed;
5214 #endif
5215
5216         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5217         gfp &= gfp_allowed_mask;
5218         alloc_gfp = gfp;
5219         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5220                 goto out;
5221         gfp = alloc_gfp;
5222
5223         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5224         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5225                 unsigned long mark;
5226
5227                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5228                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5229                         continue;
5230                 }
5231
5232                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5233                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5234                         goto failed;
5235                 }
5236
5237                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5238                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5239                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5240                                 alloc_flags, gfp)) {
5241                         break;
5242                 }
5243         }
5244
5245         /*
5246          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5247          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5248          */
5249         if (unlikely(!zone))
5250                 goto failed;
5251
5252         /* Attempt the batch allocation */
5253         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
5254         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
5255         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5256
5257         while (nr_populated < nr_pages) {
5258
5259                 /* Skip existing pages */
5260                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5261                         nr_populated++;
5262                         continue;
5263                 }
5264
5265                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5266                                                                 pcp, pcp_list);
5267                 if (unlikely(!page)) {
5268                         /* Try and get at least one page */
5269                         if (!nr_populated)
5270                                 goto failed_irq;
5271                         break;
5272                 }
5273                 nr_account++;
5274
5275                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5276                 if (page_list)
5277                         list_add(&page->lru, page_list);
5278                 else
5279                         page_array[nr_populated] = page;
5280                 nr_populated++;
5281         }
5282
5283         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5284
5285         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5286         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5287
5288 out:
5289         return nr_populated;
5290
5291 failed_irq:
5292         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5293
5294 failed:
5295         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5296         if (page) {
5297                 if (page_list)
5298                         list_add(&page->lru, page_list);
5299                 else
5300                         page_array[nr_populated] = page;
5301                 nr_populated++;
5302         }
5303
5304         goto out;
5305 }
5306 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5307
5308 /*
5309  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5310  */
5311 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5312                                                         nodemask_t *nodemask)
5313 {
5314         struct page *page;
5315         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5316         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5317         struct alloc_context ac = { };
5318
5319         /*
5320          * There are several places where we assume that the order value is sane
5321          * so bail out early if the request is out of bound.
5322          */
5323         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
5324                 WARN_ON_ONCE(!(gfp & __GFP_NOWARN));
5325                 return NULL;
5326         }
5327
5328         gfp &= gfp_allowed_mask;
5329         /*
5330          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5331          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5332          * from a particular context which has been marked by
5333          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5334          * movable zones are not used during allocation.
5335          */
5336         gfp = current_gfp_context(gfp);
5337         alloc_gfp = gfp;
5338         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5339                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5340                 return NULL;
5341
5342         /*
5343          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5344          * memory until all local zones are considered.
5345          */
5346         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5347
5348         /* First allocation attempt */
5349         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5350         if (likely(page))
5351                 goto out;
5352
5353         alloc_gfp = gfp;
5354         ac.spread_dirty_pages = false;
5355
5356         /*
5357          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5358          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5359          */
5360         ac.nodemask = nodemask;
5361
5362         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5363
5364 out:
5365         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5366             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5367                 __free_pages(page, order);
5368                 page = NULL;
5369         }
5370
5371         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5372
5373         return page;
5374 }
5375 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5376
5377 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5378                 nodemask_t *nodemask)
5379 {
5380         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
5381                         preferred_nid, nodemask);
5382
5383         if (page && order > 1)
5384                 prep_transhuge_page(page);
5385         return (struct folio *)page;
5386 }
5387 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
5388
5389 /*
5390  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5391  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5392  * you need to access high mem.
5393  */
5394 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5395 {
5396         struct page *page;
5397
5398         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5399         if (!page)
5400                 return 0;
5401         return (unsigned long) page_address(page);
5402 }
5403 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5404
5405 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5406 {
5407         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5408 }
5409 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5410
5411 /**
5412  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5413  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5414  * @order: The order of the allocation.
5415  *
5416  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5417  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5418  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5419  * than was allocated will probably emit a warning.
5420  *
5421  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5422  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5423  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5424  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5425  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5426  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5427  *
5428  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5429  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5430  */
5431 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5432 {
5433         if (put_page_testzero(page))
5434                 free_the_page(page, order);
5435         else if (!PageHead(page))
5436                 while (order-- > 0)
5437                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5438 }
5439 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5440
5441 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5442 {
5443         if (addr != 0) {
5444                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5445                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5446         }
5447 }
5448
5449 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5450
5451 /*
5452  * Page Fragment:
5453  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5454  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5455  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5456  *
5457  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5458  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5459  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5460  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5461  */
5462 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5463                                              gfp_t gfp_mask)
5464 {
5465         struct page *page = NULL;
5466         gfp_t gfp = gfp_mask;
5467
5468 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5469         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5470                     __GFP_NOMEMALLOC;
5471         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5472                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5473         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5474 #endif
5475         if (unlikely(!page))
5476                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5477
5478         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5479
5480         return page;
5481 }
5482
5483 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5484 {
5485         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5486
5487         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5488                 free_the_page(page, compound_order(page));
5489 }
5490 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5491
5492 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5493                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5494                       unsigned int align_mask)
5495 {
5496         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5497         struct page *page;
5498         int offset;
5499
5500         if (unlikely(!nc->va)) {
5501 refill:
5502                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5503                 if (!page)
5504                         return NULL;
5505
5506 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5507                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5508                 size = nc->size;
5509 #endif
5510                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5511                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5512                  */
5513                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5514
5515                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5516                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5517                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5518                 nc->offset = size;
5519         }
5520
5521         offset = nc->offset - fragsz;
5522         if (unlikely(offset < 0)) {
5523                 page = virt_to_page(nc->va);
5524
5525                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5526                         goto refill;
5527
5528                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5529                         free_the_page(page, compound_order(page));
5530                         goto refill;
5531                 }
5532
5533 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5534                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5535                 size = nc->size;
5536 #endif
5537                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5538                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5539
5540                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5541                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5542                 offset = size - fragsz;
5543         }
5544
5545         nc->pagecnt_bias--;
5546         offset &= align_mask;
5547         nc->offset = offset;
5548
5549         return nc->va + offset;
5550 }
5551 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5552
5553 /*
5554  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5555  */
5556 void page_frag_free(void *addr)
5557 {
5558         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5559
5560         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5561                 free_the_page(page, compound_order(page));
5562 }
5563 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5564
5565 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5566                 size_t size)
5567 {
5568         if (addr) {
5569                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5570                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5571
5572                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5573                 while (used < alloc_end) {
5574                         free_page(used);
5575                         used += PAGE_SIZE;
5576                 }
5577         }
5578         return (void *)addr;
5579 }
5580
5581 /**
5582  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5583  * @size: the number of bytes to allocate
5584  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5585  *
5586  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5587  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5588  * allocate memory in power-of-two pages.
5589  *
5590  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5591  *
5592  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5593  *
5594  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5595  */
5596 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5597 {
5598         unsigned int order = get_order(size);
5599         unsigned long addr;
5600
5601         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5602                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5603
5604         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5605         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5606 }
5607 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5608
5609 /**
5610  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5611  *                         pages on a node.
5612  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5613  * @size: the number of bytes to allocate
5614  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5615  *
5616  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5617  * back.
5618  *
5619  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5620  */
5621 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5622 {
5623         unsigned int order = get_order(size);
5624         struct page *p;
5625
5626         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5627                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5628
5629         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5630         if (!p)
5631                 return NULL;
5632         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5633 }
5634
5635 /**
5636  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5637  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5638  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5639  *
5640  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5641  */
5642 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5643 {
5644         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5645         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5646
5647         while (addr < end) {
5648                 free_page(addr);
5649                 addr += PAGE_SIZE;
5650         }
5651 }
5652 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5653
5654 /**
5655  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5656  * @offset: The zone index of the highest zone
5657  *
5658  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5659  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5660  * zone, the number of pages is calculated as:
5661  *
5662  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5663  *
5664  * Return: number of pages beyond high watermark.
5665  */
5666 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5667 {
5668         struct zoneref *z;
5669         struct zone *zone;
5670
5671         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5672         unsigned long sum = 0;
5673
5674         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5675
5676         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5677                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5678                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5679                 if (size > high)
5680                         sum += size - high;
5681         }
5682
5683         return sum;
5684 }
5685
5686 /**
5687  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5688  *
5689  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5690  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5691  *
5692  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5693  * ZONE_NORMAL.
5694  */
5695 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5696 {
5697         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5698 }
5699 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5700
5701 static inline void show_node(struct zone *zone)
5702 {
5703         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5704                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5705 }
5706
5707 long si_mem_available(void)
5708 {
5709         long available;
5710         unsigned long pagecache;
5711         unsigned long wmark_low = 0;
5712         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5713         unsigned long reclaimable;
5714         struct zone *zone;
5715         int lru;
5716
5717         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5718                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5719
5720         for_each_zone(zone)
5721                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5722
5723         /*
5724          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5725          * without causing swapping.
5726          */
5727         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5728
5729         /*
5730          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5731          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5732          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5733          */
5734         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5735         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5736         available += pagecache;
5737
5738         /*
5739          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5740          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5741          * low watermark.
5742          */
5743         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5744                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5745         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5746
5747         if (available < 0)
5748                 available = 0;
5749         return available;
5750 }
5751 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5752
5753 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5754 {
5755         val->totalram = totalram_pages();
5756         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5757         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5758         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5759         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5760         val->freehigh = nr_free_highpages();
5761         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5762 }
5763
5764 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5765
5766 #ifdef CONFIG_NUMA
5767 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5768 {
5769         int zone_type;          /* needs to be signed */
5770         unsigned long managed_pages = 0;
5771         unsigned long managed_highpages = 0;
5772         unsigned long free_highpages = 0;
5773         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5774
5775         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5776                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5777         val->totalram = managed_pages;
5778         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5779         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5780 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5781         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5782                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5783
5784                 if (is_highmem(zone)) {
5785                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5786                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5787                 }
5788         }
5789         val->totalhigh = managed_highpages;
5790         val->freehigh = free_highpages;
5791 #else
5792         val->totalhigh = managed_highpages;
5793         val->freehigh = free_highpages;
5794 #endif
5795         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5796 }
5797 #endif
5798
5799 /*
5800  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5801  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5802  */
5803 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5804 {
5805         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5806                 return false;
5807
5808         /*
5809          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5810          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5811          * have to be precise here.
5812          */
5813         if (!nodemask)
5814                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5815
5816         return !node_isset(nid, *nodemask);
5817 }
5818
5819 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5820
5821 static void show_migration_types(unsigned char type)
5822 {
5823         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5824                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5825                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5826                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5827                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5828 #ifdef CONFIG_CMA
5829                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5830 #endif
5831 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5832                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5833 #endif
5834         };
5835         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5836         char *p = tmp;
5837         int i;
5838
5839         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5840                 if (type & (1 << i))
5841                         *p++ = types[i];
5842         }
5843
5844         *p = '\0';
5845         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5846 }
5847
5848 /*
5849  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5850  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5851  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5852  *
5853  * Bits in @filter:
5854  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5855  *   cpuset.
5856  */
5857 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5858 {
5859         unsigned long free_pcp = 0;
5860         int cpu;
5861         struct zone *zone;
5862         pg_data_t *pgdat;
5863
5864         for_each_populated_zone(zone) {
5865                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5866                         continue;
5867
5868                 for_each_online_cpu(cpu)
5869                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5870         }
5871
5872         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5873                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5874                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5875                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5876                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5877                 " kernel_misc_reclaimable:%lu\n"
5878                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5879                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5880                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5881                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5882                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5883                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5884                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5885                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5886                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5887                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5888                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5889                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5890                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5891                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5892                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5893                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5894                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE),
5895                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5896                 free_pcp,
5897                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5898
5899         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5900                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5901                         continue;
5902
5903                 printk("Node %d"
5904                         " active_anon:%lukB"
5905                         " inactive_anon:%lukB"
5906                         " active_file:%lukB"
5907                         " inactive_file:%lukB"
5908                         " unevictable:%lukB"
5909                         " isolated(anon):%lukB"
5910                         " isolated(file):%lukB"
5911                         " mapped:%lukB"
5912                         " dirty:%lukB"
5913                         " writeback:%lukB"
5914                         " shmem:%lukB"
5915 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5916                         " shmem_thp: %lukB"
5917                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5918                         " anon_thp: %lukB"
5919 #endif
5920                         " writeback_tmp:%lukB"
5921                         " kernel_stack:%lukB"
5922 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5923                         " shadow_call_stack:%lukB"
5924 #endif
5925                         " pagetables:%lukB"
5926                         " all_unreclaimable? %s"
5927                         "\n",
5928                         pgdat->node_id,
5929                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5930                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5931                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5932                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5933                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5934                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5935                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5936                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5937                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5938                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5939                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5940 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5941                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
5942                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
5943                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
5944 #endif
5945                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5946                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5947 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5948                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5949 #endif
5950                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
5951                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5952                                 "yes" : "no");
5953         }
5954
5955         for_each_populated_zone(zone) {
5956                 int i;
5957
5958                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5959                         continue;
5960
5961                 free_pcp = 0;
5962                 for_each_online_cpu(cpu)
5963                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5964
5965                 show_node(zone);
5966                 printk(KERN_CONT
5967                         "%s"
5968                         " free:%lukB"
5969                         " boost:%lukB"
5970                         " min:%lukB"
5971                         " low:%lukB"
5972                         " high:%lukB"
5973                         " reserved_highatomic:%luKB"
5974                         " active_anon:%lukB"
5975                         " inactive_anon:%lukB"
5976                         " active_file:%lukB"
5977                         " inactive_file:%lukB"
5978                         " unevictable:%lukB"
5979                         " writepending:%lukB"
5980                         " present:%lukB"
5981                         " managed:%lukB"
5982                         " mlocked:%lukB"
5983                         " bounce:%lukB"
5984                         " free_pcp:%lukB"
5985                         " local_pcp:%ukB"
5986                         " free_cma:%lukB"
5987                         "\n",
5988                         zone->name,
5989                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5990                         K(zone->watermark_boost),
5991                         K(min_wmark_pages(zone)),
5992                         K(low_wmark_pages(zone)),
5993                         K(high_wmark_pages(zone)),
5994                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5995                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5996                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5997                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5998                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5999                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6000                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6001                         K(zone->present_pages),
6002                         K(zone_managed_pages(zone)),
6003                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6004                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6005                         K(free_pcp),
6006                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6007                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6008                 printk("lowmem_reserve[]:");
6009                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6010                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6011                 printk(KERN_CONT "\n");
6012         }
6013
6014         for_each_populated_zone(zone) {
6015                 unsigned int order;
6016                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6017                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6018
6019                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6020                         continue;
6021                 show_node(zone);
6022                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6023
6024                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6025                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6026                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6027                         int type;
6028
6029                         nr[order] = area->nr_free;
6030                         total += nr[order] << order;
6031
6032                         types[order] = 0;
6033                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6034                                 if (!free_area_empty(area, type))
6035                                         types[order] |= 1 << type;
6036                         }
6037                 }
6038                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6039                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6040                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6041                                nr[order], K(1UL) << order);
6042                         if (nr[order])
6043                                 show_migration_types(types[order]);
6044                 }
6045                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6046         }
6047
6048         hugetlb_show_meminfo();
6049
6050         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6051
6052         show_swap_cache_info();
6053 }
6054
6055 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6056 {
6057         zoneref->zone = zone;
6058         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6059 }
6060
6061 /*
6062  * Builds allocation fallback zone lists.
6063  *
6064  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6065  */
6066 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6067 {
6068         struct zone *zone;
6069         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6070         int nr_zones = 0;
6071
6072         do {
6073                 zone_type--;
6074                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6075                 if (managed_zone(zone)) {
6076                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6077                         check_highest_zone(zone_type);
6078                 }
6079         } while (zone_type);
6080
6081         return nr_zones;
6082 }
6083
6084 #ifdef CONFIG_NUMA
6085
6086 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6087 {
6088         /*
6089          * We used to support different zonelists modes but they turned
6090          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6091          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6092          * not fail it silently
6093          */
6094         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6095                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6096                 return -EINVAL;
6097         }
6098         return 0;
6099 }
6100
6101 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6102
6103 /*
6104  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6105  */
6106 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6107                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6108 {
6109         if (write)
6110                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6111         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6112 }
6113
6114
6115 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
6116 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6117
6118 /**
6119  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6120  * @node: node whose fallback list we're appending
6121  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6122  *
6123  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6124  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6125  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6126  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6127  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6128  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6129  * on them otherwise.
6130  *
6131  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6132  */
6133 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6134 {
6135         int n, val;
6136         int min_val = INT_MAX;
6137         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6138
6139         /* Use the local node if we haven't already */
6140         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6141                 node_set(node, *used_node_mask);
6142                 return node;
6143         }
6144
6145         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6146
6147                 /* Don't want a node to appear more than once */
6148                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6149                         continue;
6150
6151                 /* Use the distance array to find the distance */
6152                 val = node_distance(node, n);
6153
6154                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6155                 val += (n < node);
6156
6157                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6158                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6159                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6160
6161                 /* Slight preference for less loaded node */
6162                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
6163                 val += node_load[n];
6164
6165                 if (val < min_val) {
6166                         min_val = val;
6167                         best_node = n;
6168                 }
6169         }
6170
6171         if (best_node >= 0)
6172                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6173
6174         return best_node;
6175 }
6176
6177
6178 /*
6179  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6180  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6181  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6182  */
6183 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6184                 unsigned nr_nodes)
6185 {
6186         struct zoneref *zonerefs;
6187         int i;
6188
6189         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6190
6191         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6192                 int nr_zones;
6193
6194                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6195
6196                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6197                 zonerefs += nr_zones;
6198         }
6199         zonerefs->zone = NULL;
6200         zonerefs->zone_idx = 0;
6201 }
6202
6203 /*
6204  * Build gfp_thisnode zonelists
6205  */
6206 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6207 {
6208         struct zoneref *zonerefs;
6209         int nr_zones;
6210
6211         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6212         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6213         zonerefs += nr_zones;
6214         zonerefs->zone = NULL;
6215         zonerefs->zone_idx = 0;
6216 }
6217
6218 /*
6219  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6220  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6221  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6222  * may still exist in local DMA zone.
6223  */
6224
6225 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6226 {
6227         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6228         int node, load, nr_nodes = 0;
6229         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6230         int local_node, prev_node;
6231
6232         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6233         local_node = pgdat->node_id;
6234         load = nr_online_nodes;
6235         prev_node = local_node;
6236
6237         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6238         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6239                 /*
6240                  * We don't want to pressure a particular node.
6241                  * So adding penalty to the first node in same
6242                  * distance group to make it round-robin.
6243                  */
6244                 if (node_distance(local_node, node) !=
6245                     node_distance(local_node, prev_node))
6246                         node_load[node] += load;
6247
6248                 node_order[nr_nodes++] = node;
6249                 prev_node = node;
6250                 load--;
6251         }
6252
6253         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6254         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6255         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
6256         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
6257                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
6258         pr_cont("\n");
6259 }
6260
6261 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6262 /*
6263  * Return node id of node used for "local" allocations.
6264  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6265  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6266  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6267  */
6268 int local_memory_node(int node)
6269 {
6270         struct zoneref *z;
6271
6272         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6273                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6274                                    NULL);
6275         return zone_to_nid(z->zone);
6276 }
6277 #endif
6278
6279 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6280 static void setup_min_slab_ratio(void);
6281 #else   /* CONFIG_NUMA */
6282
6283 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6284 {
6285         int node, local_node;
6286         struct zoneref *zonerefs;
6287         int nr_zones;
6288
6289         local_node = pgdat->node_id;
6290
6291         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6292         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6293         zonerefs += nr_zones;
6294
6295         /*
6296          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6297          * of all the other nodes.
6298          * We don't want to pressure a particular node, so when
6299          * building the zones for node N, we make sure that the
6300          * zones coming right after the local ones are those from
6301          * node N+1 (modulo N)
6302          */
6303         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6304                 if (!node_online(node))
6305                         continue;
6306                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6307                 zonerefs += nr_zones;
6308         }
6309         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6310                 if (!node_online(node))
6311                         continue;
6312                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6313                 zonerefs += nr_zones;
6314         }
6315
6316         zonerefs->zone = NULL;
6317         zonerefs->zone_idx = 0;
6318 }
6319
6320 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6321
6322 /*
6323  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6324  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6325  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6326  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6327  * with interrupts disabled.
6328  *
6329  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6330  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6331  * hotplugged processors.
6332  *
6333  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6334  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6335  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6336  */
6337 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6338 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6339 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6340 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6341 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6342 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6343 DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6344
6345 static void __build_all_zonelists(void *data)
6346 {
6347         int nid;
6348         int __maybe_unused cpu;
6349         pg_data_t *self = data;
6350         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6351
6352         spin_lock(&lock);
6353
6354 #ifdef CONFIG_NUMA
6355         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6356 #endif
6357
6358         /*
6359          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6360          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6361          */
6362         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6363                 build_zonelists(self);
6364         } else {
6365                 /*
6366                  * All possible nodes have pgdat preallocated
6367                  * in free_area_init
6368                  */
6369                 for_each_node(nid) {
6370                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6371
6372                         build_zonelists(pgdat);
6373                 }
6374
6375 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6376                 /*
6377                  * We now know the "local memory node" for each node--
6378                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6379                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6380                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6381                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6382                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6383                  */
6384                 for_each_online_cpu(cpu)
6385                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6386 #endif
6387         }
6388
6389         spin_unlock(&lock);
6390 }
6391
6392 static noinline void __init
6393 build_all_zonelists_init(void)
6394 {
6395         int cpu;
6396
6397         __build_all_zonelists(NULL);
6398
6399         /*
6400          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6401          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6402          * each zone will be allocated later when the per cpu
6403          * allocator is available.
6404          *
6405          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6406          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6407          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6408          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6409          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6410          * (a chicken-egg dilemma).
6411          */
6412         for_each_possible_cpu(cpu)
6413                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6414
6415         mminit_verify_zonelist();
6416         cpuset_init_current_mems_allowed();
6417 }
6418
6419 /*
6420  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6421  *
6422  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6423  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6424  */
6425 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6426 {
6427         unsigned long vm_total_pages;
6428
6429         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6430                 build_all_zonelists_init();
6431         } else {
6432                 __build_all_zonelists(pgdat);
6433                 /* cpuset refresh routine should be here */
6434         }
6435         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6436         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6437         /*
6438          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6439          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6440          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6441          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6442          * disabled and enable it later
6443          */
6444         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6445                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6446         else
6447                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6448
6449         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6450                 nr_online_nodes,
6451                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6452                 vm_total_pages);
6453 #ifdef CONFIG_NUMA
6454         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6455 #endif
6456 }
6457
6458 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6459 static bool __meminit
6460 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6461 {
6462         static struct memblock_region *r;
6463
6464         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6465                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6466                         for_each_mem_region(r) {
6467                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6468                                         break;
6469                         }
6470                 }
6471                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6472                     memblock_is_mirror(r)) {
6473                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6474                         return true;
6475                 }
6476         }
6477         return false;
6478 }
6479
6480 /*
6481  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6482  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6483  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6484  *
6485  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6486  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6487  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6488  */
6489 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6490                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6491                 enum meminit_context context,
6492                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6493 {
6494         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6495         struct page *page;
6496
6497         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6498                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6499
6500 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6501         /*
6502          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6503          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6504          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6505          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6506          * the hotplug lock.
6507          */
6508         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6509                 if (!altmap)
6510                         return;
6511
6512                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6513                         start_pfn += altmap->reserve;
6514                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6515         }
6516 #endif
6517
6518         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6519                 /*
6520                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6521                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6522                  */
6523                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6524                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6525                                 continue;
6526                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6527                                 break;
6528                 }
6529
6530                 page = pfn_to_page(pfn);
6531                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6532                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6533                         __SetPageReserved(page);
6534
6535                 /*
6536                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6537                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6538                  * over the place during system boot.
6539                  */
6540                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6541                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6542                         cond_resched();
6543                 }
6544                 pfn++;
6545         }
6546 }
6547
6548 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6549 static void __ref __init_zone_device_page(struct page *page, unsigned long pfn,
6550                                           unsigned long zone_idx, int nid,
6551                                           struct dev_pagemap *pgmap)
6552 {
6553
6554         __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6555
6556         /*
6557          * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6558          * phase for it to be fully associated with a zone.
6559          *
6560          * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6561          * the flag as we are still initializing the pages.
6562          */
6563         __SetPageReserved(page);
6564
6565         /*
6566          * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6567          * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6568          * ever freed or placed on a driver-private list.
6569          */
6570         page->pgmap = pgmap;
6571         page->zone_device_data = NULL;
6572
6573         /*
6574          * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6575          * movable at startup. This will force kernel allocations
6576          * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6577          * the address space during boot when many long-lived
6578          * kernel allocations are made.
6579          *
6580          * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6581          * because this is done early in section_activate()
6582          */
6583         if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6584                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6585                 cond_resched();
6586         }
6587 }
6588
6589 static void __ref memmap_init_compound(struct page *head,
6590                                        unsigned long head_pfn,
6591                                        unsigned long zone_idx, int nid,
6592                                        struct dev_pagemap *pgmap,
6593                                        unsigned long nr_pages)
6594 {
6595         unsigned long pfn, end_pfn = head_pfn + nr_pages;
6596         unsigned int order = pgmap->vmemmap_shift;
6597
6598         __SetPageHead(head);
6599         for (pfn = head_pfn + 1; pfn < end_pfn; pfn++) {
6600                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6601
6602                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6603                 prep_compound_tail(head, pfn - head_pfn);
6604                 set_page_count(page, 0);
6605
6606                 /*
6607                  * The first tail page stores compound_mapcount_ptr() and
6608                  * compound_order() and the second tail page stores
6609                  * compound_pincount_ptr(). Call prep_compound_head() after
6610                  * the first and second tail pages have been initialized to
6611                  * not have the data overwritten.
6612                  */
6613                 if (pfn == head_pfn + 2)
6614                         prep_compound_head(head, order);
6615         }
6616 }
6617
6618 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6619                                    unsigned long start_pfn,
6620                                    unsigned long nr_pages,
6621                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6622 {
6623         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6624         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6625         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6626         unsigned int pfns_per_compound = pgmap_vmemmap_nr(pgmap);
6627         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6628         unsigned long start = jiffies;
6629         int nid = pgdat->node_id;
6630
6631         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6632                 return;
6633
6634         /*
6635          * The call to memmap_init should have already taken care
6636          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6637          * the end of that region and start processing the device pages.
6638          */
6639         if (altmap) {
6640                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6641                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6642         }
6643
6644         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pfns_per_compound) {
6645                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6646
6647                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6648
6649                 if (pfns_per_compound == 1)
6650                         continue;
6651
6652                 memmap_init_compound(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap,
6653                                      pfns_per_compound);
6654         }
6655
6656         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6657                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6658 }
6659
6660 #endif
6661 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6662 {
6663         unsigned int order, t;
6664         for_each_migratetype_order(order, t) {
6665                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6666                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6667         }
6668 }
6669
6670 /*
6671  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6672  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6673  * memmap_init_zone_range().
6674  *
6675  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6676  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6677  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6678  *   arbitrary section size
6679  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6680  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6681  *   nicely with memmap sections
6682  *
6683  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6684  * - PG_Reserved is set
6685  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6686  *   hole is in the middle of a zone
6687  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6688  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6689  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6690  *   section that will be appended to the zone/node below.
6691  */
6692 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6693                                           unsigned long epfn,
6694                                           int zone, int node)
6695 {
6696         unsigned long pfn;
6697         u64 pgcnt = 0;
6698
6699         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6700                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6701                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6702                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6703                         continue;
6704                 }
6705                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6706                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6707                 pgcnt++;
6708         }
6709
6710         if (pgcnt)
6711                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6712                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6713 }
6714
6715 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6716                                           unsigned long start_pfn,
6717                                           unsigned long end_pfn,
6718                                           unsigned long *hole_pfn)
6719 {
6720         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6721         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6722         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6723
6724         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6725         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6726
6727         if (start_pfn >= end_pfn)
6728                 return;
6729
6730         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6731                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6732
6733         if (*hole_pfn < start_pfn)
6734                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6735
6736         *hole_pfn = end_pfn;
6737 }
6738
6739 static void __init memmap_init(void)
6740 {
6741         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6742         unsigned long hole_pfn = 0;
6743         int i, j, zone_id = 0, nid;
6744
6745         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6746                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6747
6748                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6749                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6750
6751                         if (!populated_zone(zone))
6752                                 continue;
6753
6754                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6755                                                &hole_pfn);
6756                         zone_id = j;
6757                 }
6758         }
6759
6760 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6761         /*
6762          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6763          * section_end].
6764          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6765          * node.
6766          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6767          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6768          * for FLATMEM it is a nop anyway
6769          */
6770         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6771         if (hole_pfn < end_pfn)
6772 #endif
6773                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
6774 }
6775
6776 void __init *memmap_alloc(phys_addr_t size, phys_addr_t align,
6777                           phys_addr_t min_addr, int nid, bool exact_nid)
6778 {
6779         void *ptr;
6780
6781         if (exact_nid)
6782                 ptr = memblock_alloc_exact_nid_raw(size, align, min_addr,
6783                                                    MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6784                                                    nid);
6785         else
6786                 ptr = memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, min_addr,
6787                                                  MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6788                                                  nid);
6789
6790         if (ptr && size > 0)
6791                 page_init_poison(ptr, size);
6792
6793         return ptr;
6794 }
6795
6796 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6797 {
6798 #ifdef CONFIG_MMU
6799         int batch;
6800
6801         /*
6802          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
6803          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
6804          * size is striking a balance between allocation latency
6805          * and zone lock contention.
6806          */
6807         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, (1024 * 1024) / PAGE_SIZE);
6808         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6809         if (batch < 1)
6810                 batch = 1;
6811
6812         /*
6813          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6814          * of 2 value was found to be more likely to have
6815          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6816          *
6817          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6818          * batches of pages, one task can end up with a lot
6819          * of pages of one half of the possible page colors
6820          * and the other with pages of the other colors.
6821          */
6822         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6823
6824         return batch;
6825
6826 #else
6827         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6828          * conditions.
6829          *
6830          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6831          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6832          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6833          *
6834          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6835          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6836          * can be a significant delay between the individual batches being
6837          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6838          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6839          */
6840         return 0;
6841 #endif
6842 }
6843
6844 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
6845 {
6846 #ifdef CONFIG_MMU
6847         int high;
6848         int nr_split_cpus;
6849         unsigned long total_pages;
6850
6851         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
6852                 /*
6853                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
6854                  * low watermark so that if they are full then background
6855                  * reclaim will not be started prematurely.
6856                  */
6857                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
6858         } else {
6859                 /*
6860                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
6861                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
6862                  * zone.
6863                  */
6864                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
6865         }
6866
6867         /*
6868          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
6869          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
6870          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
6871          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
6872          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
6873          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
6874          */
6875         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
6876         if (!nr_split_cpus)
6877                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
6878         high = total_pages / nr_split_cpus;
6879
6880         /*
6881          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
6882          * historical relationship between high and batch.
6883          */
6884         high = max(high, batch << 2);
6885
6886         return high;
6887 #else
6888         return 0;
6889 #endif
6890 }
6891
6892 /*
6893  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6894  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6895  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6896  *
6897  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6898  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6899  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6900  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6901  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6902  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6903  *
6904  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6905  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6906  * exist).
6907  */
6908 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6909                 unsigned long batch)
6910 {
6911         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6912         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6913 }
6914
6915 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
6916 {
6917         int pindex;
6918
6919         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
6920         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
6921
6922         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
6923                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
6924
6925         /*
6926          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6927          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6928          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6929          * pageset yet.
6930          */
6931         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6932         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6933         pcp->free_factor = 0;
6934 }
6935
6936 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6937                 unsigned long batch)
6938 {
6939         struct per_cpu_pages *pcp;
6940         int cpu;
6941
6942         for_each_possible_cpu(cpu) {
6943                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6944                 pageset_update(pcp, high, batch);
6945         }
6946 }
6947
6948 /*
6949  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6950  * zone based on the zone's size.
6951  */
6952 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
6953 {
6954         int new_high, new_batch;
6955
6956         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
6957         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
6958
6959         if (zone->pageset_high == new_high &&
6960             zone->pageset_batch == new_batch)
6961                 return;
6962
6963         zone->pageset_high = new_high;
6964         zone->pageset_batch = new_batch;
6965
6966         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
6967 }
6968
6969 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6970 {
6971         int cpu;
6972
6973         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
6974         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
6975                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
6976
6977         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
6978         for_each_possible_cpu(cpu) {
6979                 struct per_cpu_pages *pcp;
6980                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6981
6982                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6983                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6984                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
6985         }
6986
6987         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6988 }
6989
6990 /*
6991  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6992  * Before this call only boot pagesets were available.
6993  */
6994 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6995 {
6996         struct pglist_data *pgdat;
6997         struct zone *zone;
6998         int __maybe_unused cpu;
6999
7000         for_each_populated_zone(zone)
7001                 setup_zone_pageset(zone);
7002
7003 #ifdef CONFIG_NUMA
7004         /*
7005          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
7006          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
7007          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
7008          * the nodes these zones are associated with.
7009          */
7010         for_each_possible_cpu(cpu) {
7011                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
7012                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
7013                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
7014         }
7015 #endif
7016
7017         for_each_online_pgdat(pgdat)
7018                 pgdat->per_cpu_nodestats =
7019                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7020 }
7021
7022 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
7023 {
7024         /*
7025          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
7026          * relies on the ability of the linker to provide the
7027          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
7028          */
7029         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
7030         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
7031         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7032         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7033
7034         if (populated_zone(zone))
7035                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
7036                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
7037 }
7038
7039 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
7040                                         unsigned long zone_start_pfn,
7041                                         unsigned long size)
7042 {
7043         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
7044         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
7045
7046         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
7047                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
7048
7049         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7050
7051         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
7052                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
7053                         pgdat->node_id,
7054                         (unsigned long)zone_idx(zone),
7055                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7056
7057         zone_init_free_lists(zone);
7058         zone->initialized = 1;
7059 }
7060
7061 /**
7062  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7063  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7064  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7065  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7066  *
7067  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7068  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7069  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7070  * PFNs will be 0.
7071  */
7072 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7073                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7074 {
7075         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7076         int i;
7077
7078         *start_pfn = -1UL;
7079         *end_pfn = 0;
7080
7081         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7082                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7083                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7084         }
7085
7086         if (*start_pfn == -1UL)
7087                 *start_pfn = 0;
7088 }
7089
7090 /*
7091  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7092  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7093  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7094  */
7095 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7096 {
7097         int zone_index;
7098         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7099                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7100                         continue;
7101
7102                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7103                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7104                         break;
7105         }
7106
7107         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7108         movable_zone = zone_index;
7109 }
7110
7111 /*
7112  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7113  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7114  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7115  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7116  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7117  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7118  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7119  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7120  */
7121 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7122                                         unsigned long zone_type,
7123                                         unsigned long node_start_pfn,
7124                                         unsigned long node_end_pfn,
7125                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7126                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7127 {
7128         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7129         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7130                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7131                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7132                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7133                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7134                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7135
7136                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7137                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7138                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7139                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7140                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7141
7142                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7143                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7144                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7145         }
7146 }
7147
7148 /*
7149  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7150  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7151  */
7152 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7153                                         unsigned long zone_type,
7154                                         unsigned long node_start_pfn,
7155                                         unsigned long node_end_pfn,
7156                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7157                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7158 {
7159         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7160         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7161         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7162         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7163                 return 0;
7164
7165         /* Get the start and end of the zone */
7166         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7167         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7168         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7169                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7170                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7171
7172         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7173         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7174                 return 0;
7175
7176         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7177         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7178         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7179
7180         /* Return the spanned pages */
7181         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7182 }
7183
7184 /*
7185  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7186  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7187  */
7188 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7189                                 unsigned long range_start_pfn,
7190                                 unsigned long range_end_pfn)
7191 {
7192         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7193         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7194         int i;
7195
7196         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7197                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7198                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7199                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7200         }
7201         return nr_absent;
7202 }
7203
7204 /**
7205  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7206  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7207  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7208  *
7209  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7210  */
7211 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7212                                                         unsigned long end_pfn)
7213 {
7214         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7215 }
7216
7217 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7218 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7219                                         unsigned long zone_type,
7220                                         unsigned long node_start_pfn,
7221                                         unsigned long node_end_pfn)
7222 {
7223         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7224         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7225         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7226         unsigned long nr_absent;
7227
7228         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7229         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7230                 return 0;
7231
7232         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7233         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7234
7235         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7236                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7237                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7238         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7239
7240         /*
7241          * ZONE_MOVABLE handling.
7242          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7243          * and vice versa.
7244          */
7245         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7246                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7247                 struct memblock_region *r;
7248
7249                 for_each_mem_region(r) {
7250                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7251                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7252                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7253                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7254
7255                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7256                             memblock_is_mirror(r))
7257                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7258
7259                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7260                             !memblock_is_mirror(r))
7261                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7262                 }
7263         }
7264
7265         return nr_absent;
7266 }
7267
7268 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7269                                                 unsigned long node_start_pfn,
7270                                                 unsigned long node_end_pfn)
7271 {
7272         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7273         enum zone_type i;
7274
7275         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7276                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7277                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7278                 unsigned long spanned, absent;
7279                 unsigned long size, real_size;
7280
7281                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7282                                                      node_start_pfn,
7283                                                      node_end_pfn,
7284                                                      &zone_start_pfn,
7285                                                      &zone_end_pfn);
7286                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7287                                                    node_start_pfn,
7288                                                    node_end_pfn);
7289
7290                 size = spanned;
7291                 real_size = size - absent;
7292
7293                 if (size)
7294                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7295                 else
7296                         zone->zone_start_pfn = 0;
7297                 zone->spanned_pages = size;
7298                 zone->present_pages = real_size;
7299 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
7300                 zone->present_early_pages = real_size;
7301 #endif
7302
7303                 totalpages += size;
7304                 realtotalpages += real_size;
7305         }
7306
7307         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7308         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7309         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7310 }
7311
7312 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7313 /*
7314  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7315  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7316  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7317  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7318  * bytes.
7319  */
7320 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7321 {
7322         unsigned long usemapsize;
7323
7324         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7325         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7326         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7327         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7328         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7329
7330         return usemapsize / 8;
7331 }
7332
7333 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7334 {
7335         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7336                                                zone->spanned_pages);
7337         zone->pageblock_flags = NULL;
7338         if (usemapsize) {
7339                 zone->pageblock_flags =
7340                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7341                                             zone_to_nid(zone));
7342                 if (!zone->pageblock_flags)
7343                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7344                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7345         }
7346 }
7347 #else
7348 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7349 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7350
7351 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7352
7353 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7354 void __init set_pageblock_order(void)
7355 {
7356         unsigned int order = MAX_ORDER - 1;
7357
7358         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7359         if (pageblock_order)
7360                 return;
7361
7362         /* Don't let pageblocks exceed the maximum allocation granularity. */
7363         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT && HUGETLB_PAGE_ORDER < order)
7364                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7365
7366         /*
7367          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7368          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7369          * powerpc.
7370          */
7371         pageblock_order = order;
7372 }
7373 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7374
7375 /*
7376  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7377  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7378  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7379  * the kernel config
7380  */
7381 void __init set_pageblock_order(void)
7382 {
7383 }
7384
7385 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7386
7387 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7388                                                 unsigned long present_pages)
7389 {
7390         unsigned long pages = spanned_pages;
7391
7392         /*
7393          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7394          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7395          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7396          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7397          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7398          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7399          */
7400         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7401             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7402                 pages = present_pages;
7403
7404         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7405 }
7406
7407 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7408 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7409 {
7410         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7411
7412         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7413         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7414         ds_queue->split_queue_len = 0;
7415 }
7416 #else
7417 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7418 #endif
7419
7420 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7421 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7422 {
7423         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7424 }
7425 #else
7426 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7427 #endif
7428
7429 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7430 {
7431         int i;
7432
7433         pgdat_resize_init(pgdat);
7434
7435         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7436         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7437
7438         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7439         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7440
7441         for (i = 0; i < NR_VMSCAN_THROTTLE; i++)
7442                 init_waitqueue_head(&pgdat->reclaim_wait[i]);
7443
7444         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7445         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7446 }
7447
7448 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7449                                                         unsigned long remaining_pages)
7450 {
7451         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7452         zone_set_nid(zone, nid);
7453         zone->name = zone_names[idx];
7454         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7455         spin_lock_init(&zone->lock);
7456         zone_seqlock_init(zone);
7457         zone_pcp_init(zone);
7458 }
7459
7460 /*
7461  * Set up the zone data structures
7462  * - init pgdat internals
7463  * - init all zones belonging to this node
7464  *
7465  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7466  */
7467 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7468 void __ref free_area_init_core_hotplug(struct pglist_data *pgdat)
7469 {
7470         int nid = pgdat->node_id;
7471         enum zone_type z;
7472         int cpu;
7473
7474         pgdat_init_internals(pgdat);
7475
7476         if (pgdat->per_cpu_nodestats == &boot_nodestats)
7477                 pgdat->per_cpu_nodestats = alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7478
7479         /*
7480          * Reset the nr_zones, order and highest_zoneidx before reuse.
7481          * Note that kswapd will init kswapd_highest_zoneidx properly
7482          * when it starts in the near future.
7483          */
7484         pgdat->nr_zones = 0;
7485         pgdat->kswapd_order = 0;
7486         pgdat->kswapd_highest_zoneidx = 0;
7487         pgdat->node_start_pfn = 0;
7488         for_each_online_cpu(cpu) {
7489                 struct per_cpu_nodestat *p;
7490
7491                 p = per_cpu_ptr(pgdat->per_cpu_nodestats, cpu);
7492                 memset(p, 0, sizeof(*p));
7493         }
7494
7495         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7496                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7497 }
7498 #endif
7499
7500 /*
7501  * Set up the zone data structures:
7502  *   - mark all pages reserved
7503  *   - mark all memory queues empty
7504  *   - clear the memory bitmaps
7505  *
7506  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7507  * NOTE: this function is only called during early init.
7508  */
7509 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7510 {
7511         enum zone_type j;
7512         int nid = pgdat->node_id;
7513
7514         pgdat_init_internals(pgdat);
7515         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7516
7517         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7518                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7519                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7520
7521                 size = zone->spanned_pages;
7522                 freesize = zone->present_pages;
7523
7524                 /*
7525                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7526                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7527                  * and per-cpu initialisations
7528                  */
7529                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7530                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7531                         if (freesize >= memmap_pages) {
7532                                 freesize -= memmap_pages;
7533                                 if (memmap_pages)
7534                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7535                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7536                         } else
7537                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7538                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7539                 }
7540
7541                 /* Account for reserved pages */
7542                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7543                         freesize -= dma_reserve;
7544                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7545                 }
7546
7547                 if (!is_highmem_idx(j))
7548                         nr_kernel_pages += freesize;
7549                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7550                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7551                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7552                 nr_all_pages += freesize;
7553
7554                 /*
7555                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7556                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7557                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7558                  */
7559                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7560
7561                 if (!size)
7562                         continue;
7563
7564                 set_pageblock_order();
7565                 setup_usemap(zone);
7566                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7567         }
7568 }
7569
7570 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7571 static void __init alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7572 {
7573         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7574         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7575
7576         /* Skip empty nodes */
7577         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7578                 return;
7579
7580         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7581         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7582         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7583         if (!pgdat->node_mem_map) {
7584                 unsigned long size, end;
7585                 struct page *map;
7586
7587                 /*
7588                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7589                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7590                  * for the buddy allocator to function correctly.
7591                  */
7592                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7593                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7594                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7595                 map = memmap_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES, MEMBLOCK_LOW_LIMIT,
7596                                    pgdat->node_id, false);
7597                 if (!map)
7598                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7599                               size, pgdat->node_id);
7600                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7601         }
7602         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7603                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7604                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7605 #ifndef CONFIG_NUMA
7606         /*
7607          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7608          */
7609         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7610                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7611                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7612                         mem_map -= offset;
7613         }
7614 #endif
7615 }
7616 #else
7617 static inline void alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7618 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7619
7620 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7621 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7622 {
7623         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7624 }
7625 #else
7626 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7627 #endif
7628
7629 static void __init free_area_init_node(int nid)
7630 {
7631         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7632         unsigned long start_pfn = 0;
7633         unsigned long end_pfn = 0;
7634
7635         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7636         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7637
7638         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7639
7640         pgdat->node_id = nid;
7641         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7642         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7643
7644         if (start_pfn != end_pfn) {
7645                 pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7646                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7647                         end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7648         } else {
7649                 pr_info("Initmem setup node %d as memoryless\n", nid);
7650         }
7651
7652         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7653
7654         alloc_node_mem_map(pgdat);
7655         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7656
7657         free_area_init_core(pgdat);
7658 }
7659
7660 static void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7661 {
7662         free_area_init_node(nid);
7663 }
7664
7665 #if MAX_NUMNODES > 1
7666 /*
7667  * Figure out the number of possible node ids.
7668  */
7669 void __init setup_nr_node_ids(void)
7670 {
7671         unsigned int highest;
7672
7673         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7674         nr_node_ids = highest + 1;
7675 }
7676 #endif
7677
7678 /**
7679  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7680  *
7681  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7682  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7683  * all the nodes.
7684  *
7685  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7686  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7687  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7688  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7689  *
7690  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7691  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7692  * populated node map.
7693  *
7694  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7695  * requirement (single node).
7696  */
7697 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7698 {
7699         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7700         unsigned long start, end, mask;
7701         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7702         int i, nid;
7703
7704         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7705                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7706                         last_nid = nid;
7707                         last_end = end;
7708                         continue;
7709                 }
7710
7711                 /*
7712                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7713                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7714                  * too coarse to separate the current node from the last.
7715                  */
7716                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7717                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7718                         mask <<= 1;
7719
7720                 /* accumulate all internode masks */
7721                 accl_mask |= mask;
7722         }
7723
7724         /* convert mask to number of pages */
7725         return ~accl_mask + 1;
7726 }
7727
7728 /**
7729  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7730  *
7731  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7732  * memblock_set_node().
7733  */
7734 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7735 {
7736         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7737 }
7738
7739 /*
7740  * early_calculate_totalpages()
7741  * Sum pages in active regions for movable zone.
7742  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7743  */
7744 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7745 {
7746         unsigned long totalpages = 0;
7747         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7748         int i, nid;
7749
7750         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7751                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7752
7753                 totalpages += pages;
7754                 if (pages)
7755                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7756         }
7757         return totalpages;
7758 }
7759
7760 /*
7761  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7762  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7763  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7764  * others
7765  */
7766 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7767 {
7768         int i, nid;
7769         unsigned long usable_startpfn;
7770         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7771         /* save the state before borrow the nodemask */
7772         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7773         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7774         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7775         struct memblock_region *r;
7776
7777         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7778         find_usable_zone_for_movable();
7779
7780         /*
7781          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7782          * options.
7783          */
7784         if (movable_node_is_enabled()) {
7785                 for_each_mem_region(r) {
7786                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7787                                 continue;
7788
7789                         nid = memblock_get_region_node(r);
7790
7791                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7792                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7793                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7794                                 usable_startpfn;
7795                 }
7796
7797                 goto out2;
7798         }
7799
7800         /*
7801          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7802          */
7803         if (mirrored_kernelcore) {
7804                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7805
7806                 for_each_mem_region(r) {
7807                         if (memblock_is_mirror(r))
7808                                 continue;
7809
7810                         nid = memblock_get_region_node(r);
7811
7812                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7813
7814                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7815                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7816                                 continue;
7817                         }
7818
7819                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7820                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7821                                 usable_startpfn;
7822                 }
7823
7824                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7825                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7826
7827                 goto out2;
7828         }
7829
7830         /*
7831          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7832          * amount of necessary memory.
7833          */
7834         if (required_kernelcore_percent)
7835                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7836                                        10000UL;
7837         if (required_movablecore_percent)
7838                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7839                                         10000UL;
7840
7841         /*
7842          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7843          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7844          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7845          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7846          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7847          * what movablecore would have allowed.
7848          */
7849         if (required_movablecore) {
7850                 unsigned long corepages;
7851
7852                 /*
7853                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7854                  * was requested by the user
7855                  */
7856                 required_movablecore =
7857                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7858                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7859                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7860
7861                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7862         }
7863
7864         /*
7865          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7866          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7867          */
7868         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7869                 goto out;
7870
7871         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7872         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7873
7874 restart:
7875         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7876         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7877         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7878                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7879
7880                 /*
7881                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7882                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7883                  * amount of memory for the kernel
7884                  */
7885                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7886                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7887
7888                 /*
7889                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7890                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7891                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7892                  */
7893                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7894
7895                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7896                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7897                         unsigned long size_pages;
7898
7899                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7900                         if (start_pfn >= end_pfn)
7901                                 continue;
7902
7903                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7904                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7905                                 unsigned long kernel_pages;
7906                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7907                                                                 - start_pfn;
7908
7909                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7910                                                         kernelcore_remaining);
7911                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7912                                                         required_kernelcore);
7913
7914                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7915                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7916
7917                                         /*
7918                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7919                                          * that if we have to rebalance
7920                                          * kernelcore across nodes, we will
7921                                          * not double account here
7922                                          */
7923                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7924                                         continue;
7925                                 }
7926                                 start_pfn = usable_startpfn;
7927                         }
7928
7929                         /*
7930                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7931                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7932                          * number of pages used as kernelcore
7933                          */
7934                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7935                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7936                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7937                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7938
7939                         /*
7940                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7941                          * break if the kernelcore for this node has been
7942                          * satisfied
7943                          */
7944                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7945                                                                 size_pages);
7946                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7947                         if (!kernelcore_remaining)
7948                                 break;
7949                 }
7950         }
7951
7952         /*
7953          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7954          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7955          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7956          * satisfied
7957          */
7958         usable_nodes--;
7959         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7960                 goto restart;
7961
7962 out2:
7963         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7964         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++) {
7965                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7966
7967                 zone_movable_pfn[nid] =
7968                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7969
7970                 get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7971                 if (zone_movable_pfn[nid] >= end_pfn)
7972                         zone_movable_pfn[nid] = 0;
7973         }
7974
7975 out:
7976         /* restore the node_state */
7977         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7978 }
7979
7980 /* Any regular or high memory on that node ? */
7981 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7982 {
7983         enum zone_type zone_type;
7984
7985         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7986                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7987                 if (populated_zone(zone)) {
7988                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7989                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7990                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7991                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7992                         break;
7993                 }
7994         }
7995 }
7996
7997 /*
7998  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7999  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
8000  */
8001 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
8002 {
8003         return false;
8004 }
8005
8006 /**
8007  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
8008  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
8009  *
8010  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
8011  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
8012  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
8013  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
8014  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
8015  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
8016  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
8017  * at arch_max_dma_pfn.
8018  */
8019 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
8020 {
8021         unsigned long start_pfn, end_pfn;
8022         int i, nid, zone;
8023         bool descending;
8024
8025         /* Record where the zone boundaries are */
8026         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
8027                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
8028         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
8029                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
8030
8031         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
8032         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
8033
8034         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8035                 if (descending)
8036                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
8037                 else
8038                         zone = i;
8039
8040                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
8041                         continue;
8042
8043                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
8044                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
8045                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
8046
8047                 start_pfn = end_pfn;
8048         }
8049
8050         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8051         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
8052         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
8053
8054         /* Print out the zone ranges */
8055         pr_info("Zone ranges:\n");
8056         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8057                 if (i == ZONE_MOVABLE)
8058                         continue;
8059                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
8060                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
8061                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
8062                         pr_cont("empty\n");
8063                 else
8064                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
8065                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
8066                                         << PAGE_SHIFT,
8067                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
8068                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
8069         }
8070
8071         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8072         pr_info("Movable zone start for each node\n");
8073         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
8074                 if (zone_movable_pfn[i])
8075                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
8076                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
8077         }
8078
8079         /*
8080          * Print out the early node map, and initialize the
8081          * subsection-map relative to active online memory ranges to
8082          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
8083          */
8084         pr_info("Early memory node ranges\n");
8085         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8086                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
8087                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
8088                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
8089                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
8090         }
8091
8092         /* Initialise every node */
8093         mminit_verify_pageflags_layout();
8094         setup_nr_node_ids();
8095         for_each_node(nid) {
8096                 pg_data_t *pgdat;
8097
8098                 if (!node_online(nid)) {
8099                         pr_info("Initializing node %d as memoryless\n", nid);
8100
8101                         /* Allocator not initialized yet */
8102                         pgdat = arch_alloc_nodedata(nid);
8103                         if (!pgdat) {
8104                                 pr_err("Cannot allocate %zuB for node %d.\n",
8105                                                 sizeof(*pgdat), nid);
8106                                 continue;
8107                         }
8108                         arch_refresh_nodedata(nid, pgdat);
8109                         free_area_init_memoryless_node(nid);
8110
8111                         /*
8112                          * We do not want to confuse userspace by sysfs
8113                          * files/directories for node without any memory
8114                          * attached to it, so this node is not marked as
8115                          * N_MEMORY and not marked online so that no sysfs
8116                          * hierarchy will be created via register_one_node for
8117                          * it. The pgdat will get fully initialized by
8118                          * hotadd_init_pgdat() when memory is hotplugged into
8119                          * this node.
8120                          */
8121                         continue;
8122                 }
8123
8124                 pgdat = NODE_DATA(nid);
8125                 free_area_init_node(nid);
8126
8127                 /* Any memory on that node */
8128                 if (pgdat->node_present_pages)
8129                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8130                 check_for_memory(pgdat, nid);
8131         }
8132
8133         memmap_init();
8134 }
8135
8136 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8137                                      unsigned long *percent)
8138 {
8139         unsigned long long coremem;
8140         char *endptr;
8141
8142         if (!p)
8143                 return -EINVAL;
8144
8145         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8146         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8147         if (*endptr == '%') {
8148                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8149                 WARN_ON(coremem > 100);
8150
8151                 *percent = coremem;
8152         } else {
8153                 coremem = memparse(p, &p);
8154                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8155                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8156
8157                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8158                 *percent = 0UL;
8159         }
8160         return 0;
8161 }
8162
8163 /*
8164  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8165  * cannot be reclaimed or migrated.
8166  */
8167 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8168 {
8169         /* parse kernelcore=mirror */
8170         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8171                 mirrored_kernelcore = true;
8172                 return 0;
8173         }
8174
8175         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8176                                   &required_kernelcore_percent);
8177 }
8178
8179 /*
8180  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8181  * can be reclaimed or migrated.
8182  */
8183 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8184 {
8185         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8186                                   &required_movablecore_percent);
8187 }
8188
8189 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8190 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8191
8192 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8193 {
8194         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8195         totalram_pages_add(count);
8196 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8197         if (PageHighMem(page))
8198                 totalhigh_pages_add(count);
8199 #endif
8200 }
8201 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8202
8203 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8204 {
8205         void *pos;
8206         unsigned long pages = 0;
8207
8208         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8209         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8210         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8211                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8212                 void *direct_map_addr;
8213
8214                 /*
8215                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8216                  * because some architectures' virt_to_page()
8217                  * work with aliases.  Getting the direct map
8218                  * address ensures that we get a _writeable_
8219                  * alias for the memset().
8220                  */
8221                 direct_map_addr = page_address(page);
8222                 /*
8223                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8224                  * has not been initialized.
8225                  */
8226                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8227                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8228                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8229
8230                 free_reserved_page(page);
8231         }
8232
8233         if (pages && s)
8234                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
8235
8236         return pages;
8237 }
8238
8239 void __init mem_init_print_info(void)
8240 {
8241         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8242         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8243
8244         physpages = get_num_physpages();
8245         codesize = _etext - _stext;
8246         datasize = _edata - _sdata;
8247         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8248         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8249         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8250         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8251
8252         /*
8253          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8254          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8255          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8256          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8257          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8258          */
8259 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8260         do { \
8261                 if (&start[0] <= &pos[0] && &pos[0] < &end[0] && size > adj) \
8262                         size -= adj; \
8263         } while (0)
8264
8265         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8266                      _sinittext, init_code_size);
8267         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8268         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8269         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8270         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8271
8272 #undef  adj_init_size
8273
8274         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8275 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8276                 ", %luK highmem"
8277 #endif
8278                 ")\n",
8279                 K(nr_free_pages()), K(physpages),
8280                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
8281                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
8282                 K(physpages - totalram_pages() - totalcma_pages),
8283                 K(totalcma_pages)
8284 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8285                 , K(totalhigh_pages())
8286 #endif
8287                 );
8288 }
8289
8290 /**
8291  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8292  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8293  *
8294  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8295  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8296  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8297  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8298  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8299  * smaller per-cpu batchsize.
8300  */
8301 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8302 {
8303         dma_reserve = new_dma_reserve;
8304 }
8305
8306 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8307 {
8308         struct zone *zone;
8309
8310         lru_add_drain_cpu(cpu);
8311         drain_pages(cpu);
8312
8313         /*
8314          * Spill the event counters of the dead processor
8315          * into the current processors event counters.
8316          * This artificially elevates the count of the current
8317          * processor.
8318          */
8319         vm_events_fold_cpu(cpu);
8320
8321         /*
8322          * Zero the differential counters of the dead processor
8323          * so that the vm statistics are consistent.
8324          *
8325          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8326          * race with what we are doing.
8327          */
8328         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8329
8330         for_each_populated_zone(zone)
8331                 zone_pcp_update(zone, 0);
8332
8333         return 0;
8334 }
8335
8336 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8337 {
8338         struct zone *zone;
8339
8340         for_each_populated_zone(zone)
8341                 zone_pcp_update(zone, 1);
8342         return 0;
8343 }
8344
8345 #ifdef CONFIG_NUMA
8346 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8347
8348 static int __init set_hashdist(char *str)
8349 {
8350         if (!str)
8351                 return 0;
8352         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8353         return 1;
8354 }
8355 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8356 #endif
8357
8358 void __init page_alloc_init(void)
8359 {
8360         int ret;
8361
8362 #ifdef CONFIG_NUMA
8363         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8364                 hashdist = 0;
8365 #endif
8366
8367         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8368                                         "mm/page_alloc:pcp",
8369                                         page_alloc_cpu_online,
8370                                         page_alloc_cpu_dead);
8371         WARN_ON(ret < 0);
8372 }
8373
8374 /*
8375  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8376  *      or min_free_kbytes changes.
8377  */
8378 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8379 {
8380         struct pglist_data *pgdat;
8381         unsigned long reserve_pages = 0;
8382         enum zone_type i, j;
8383
8384         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8385
8386                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8387
8388                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8389                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8390                         long max = 0;
8391                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8392
8393                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8394                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8395                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8396                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8397                         }
8398
8399                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8400                         max += high_wmark_pages(zone);
8401
8402                         if (max > managed_pages)
8403                                 max = managed_pages;
8404
8405                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8406
8407                         reserve_pages += max;
8408                 }
8409         }
8410         totalreserve_pages = reserve_pages;
8411 }
8412
8413 /*
8414  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8415  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8416  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8417  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8418  */
8419 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8420 {
8421         struct pglist_data *pgdat;
8422         enum zone_type i, j;
8423
8424         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8425                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8426                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8427                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8428                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8429                         unsigned long managed_pages = 0;
8430
8431                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8432                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8433
8434                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8435
8436                                 if (clear)
8437                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8438                                 else
8439                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8440                         }
8441                 }
8442         }
8443
8444         /* update totalreserve_pages */
8445         calculate_totalreserve_pages();
8446 }
8447
8448 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8449 {
8450         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8451         unsigned long lowmem_pages = 0;
8452         struct zone *zone;
8453         unsigned long flags;
8454
8455         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8456         for_each_zone(zone) {
8457                 if (!is_highmem(zone))
8458                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8459         }
8460
8461         for_each_zone(zone) {
8462                 u64 tmp;
8463
8464                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8465                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8466                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8467                 if (is_highmem(zone)) {
8468                         /*
8469                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8470                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8471                          * value here.
8472                          *
8473                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8474                          * deltas control async page reclaim, and so should
8475                          * not be capped for highmem.
8476                          */
8477                         unsigned long min_pages;
8478
8479                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8480                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8481                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8482                 } else {
8483                         /*
8484                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8485                          * proportionate to the zone's size.
8486                          */
8487                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8488                 }
8489
8490                 /*
8491                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8492                  * scale factor in proportion to available memory, but
8493                  * ensure a minimum size on small systems.
8494                  */
8495                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8496                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8497                                       watermark_scale_factor, 10000));
8498
8499                 zone->watermark_boost = 0;
8500                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8501                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
8502                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
8503
8504                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8505         }
8506
8507         /* update totalreserve_pages */
8508         calculate_totalreserve_pages();
8509 }
8510
8511 /**
8512  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8513  * or when memory is hot-{added|removed}
8514  *
8515  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8516  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8517  */
8518 void setup_per_zone_wmarks(void)
8519 {
8520         struct zone *zone;
8521         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8522
8523         spin_lock(&lock);
8524         __setup_per_zone_wmarks();
8525         spin_unlock(&lock);
8526
8527         /*
8528          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8529          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8530          */
8531         for_each_zone(zone)
8532                 zone_pcp_update(zone, 0);
8533 }
8534
8535 /*
8536  * Initialise min_free_kbytes.
8537  *
8538  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8539  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8540  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8541  *
8542  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8543  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8544  *
8545  * which yields
8546  *
8547  * 16MB:        512k
8548  * 32MB:        724k
8549  * 64MB:        1024k
8550  * 128MB:       1448k
8551  * 256MB:       2048k
8552  * 512MB:       2896k
8553  * 1024MB:      4096k
8554  * 2048MB:      5792k
8555  * 4096MB:      8192k
8556  * 8192MB:      11584k
8557  * 16384MB:     16384k
8558  */
8559 void calculate_min_free_kbytes(void)
8560 {
8561         unsigned long lowmem_kbytes;
8562         int new_min_free_kbytes;
8563
8564         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8565         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8566
8567         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
8568                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
8569         else
8570                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8571                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8572
8573 }
8574
8575 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8576 {
8577         calculate_min_free_kbytes();
8578         setup_per_zone_wmarks();
8579         refresh_zone_stat_thresholds();
8580         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8581
8582 #ifdef CONFIG_NUMA
8583         setup_min_unmapped_ratio();
8584         setup_min_slab_ratio();
8585 #endif
8586
8587         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8588
8589         return 0;
8590 }
8591 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8592
8593 /*
8594  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8595  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8596  *      changes.
8597  */
8598 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8599                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8600 {
8601         int rc;
8602
8603         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8604         if (rc)
8605                 return rc;
8606
8607         if (write) {
8608                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8609                 setup_per_zone_wmarks();
8610         }
8611         return 0;
8612 }
8613
8614 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8615                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8616 {
8617         int rc;
8618
8619         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8620         if (rc)
8621                 return rc;
8622
8623         if (write)
8624                 setup_per_zone_wmarks();
8625
8626         return 0;
8627 }
8628
8629 #ifdef CONFIG_NUMA
8630 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8631 {
8632         pg_data_t *pgdat;
8633         struct zone *zone;
8634
8635         for_each_online_pgdat(pgdat)
8636                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8637
8638         for_each_zone(zone)
8639                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8640                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8641 }
8642
8643
8644 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8645                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8646 {
8647         int rc;
8648
8649         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8650         if (rc)
8651                 return rc;
8652
8653         setup_min_unmapped_ratio();
8654
8655         return 0;
8656 }
8657
8658 static void setup_min_slab_ratio(void)
8659 {
8660         pg_data_t *pgdat;
8661         struct zone *zone;
8662
8663         for_each_online_pgdat(pgdat)
8664                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8665
8666         for_each_zone(zone)
8667                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8668                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8669 }
8670
8671 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8672                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8673 {
8674         int rc;
8675
8676         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8677         if (rc)
8678                 return rc;
8679
8680         setup_min_slab_ratio();
8681
8682         return 0;
8683 }
8684 #endif
8685
8686 /*
8687  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8688  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8689  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8690  *
8691  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8692  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8693  * if in function of the boot time zone sizes.
8694  */
8695 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8696                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8697 {
8698         int i;
8699
8700         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8701
8702         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8703                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8704                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8705         }
8706
8707         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8708         return 0;
8709 }
8710
8711 /*
8712  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8713  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8714  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8715  */
8716 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
8717                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8718 {
8719         struct zone *zone;
8720         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
8721         int ret;
8722
8723         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8724         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
8725
8726         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8727         if (!write || ret < 0)
8728                 goto out;
8729
8730         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8731         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
8732             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
8733                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
8734                 ret = -EINVAL;
8735                 goto out;
8736         }
8737
8738         /* No change? */
8739         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
8740                 goto out;
8741
8742         for_each_populated_zone(zone)
8743                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
8744 out:
8745         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8746         return ret;
8747 }
8748
8749 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8750 /*
8751  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8752  * is not known to alloc_large_system_hash().
8753  */
8754 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8755 {
8756         return 0;
8757 }
8758 #endif
8759
8760 /*
8761  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8762  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8763  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8764  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8765  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8766  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8767  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8768  */
8769 #if __BITS_PER_LONG > 32
8770 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8771 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8772 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8773 #endif
8774
8775 /*
8776  * allocate a large system hash table from bootmem
8777  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8778  *   quantity of entries
8779  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8780  */
8781 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8782                                      unsigned long bucketsize,
8783                                      unsigned long numentries,
8784                                      int scale,
8785                                      int flags,
8786                                      unsigned int *_hash_shift,
8787                                      unsigned int *_hash_mask,
8788                                      unsigned long low_limit,
8789                                      unsigned long high_limit)
8790 {
8791         unsigned long long max = high_limit;
8792         unsigned long log2qty, size;
8793         void *table = NULL;
8794         gfp_t gfp_flags;
8795         bool virt;
8796         bool huge;
8797
8798         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8799         if (!numentries) {
8800                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8801                 numentries = nr_kernel_pages;
8802                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8803
8804                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8805                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8806                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8807
8808 #if __BITS_PER_LONG > 32
8809                 if (!high_limit) {
8810                         unsigned long adapt;
8811
8812                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8813                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8814                                 scale++;
8815                 }
8816 #endif
8817
8818                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8819                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8820                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8821                 else
8822                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8823
8824                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8825                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8826                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8827                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8828                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8829                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8830                                 BUG_ON(!numentries);
8831                         }
8832                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8833                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8834         }
8835         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8836
8837         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8838         if (max == 0) {
8839                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8840                 do_div(max, bucketsize);
8841         }
8842         max = min(max, 0x80000000ULL);
8843
8844         if (numentries < low_limit)
8845                 numentries = low_limit;
8846         if (numentries > max)
8847                 numentries = max;
8848
8849         log2qty = ilog2(numentries);
8850
8851         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8852         do {
8853                 virt = false;
8854                 size = bucketsize << log2qty;
8855                 if (flags & HASH_EARLY) {
8856                         if (flags & HASH_ZERO)
8857                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8858                         else
8859                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8860                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8861                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8862                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8863                         virt = true;
8864                         if (table)
8865                                 huge = is_vm_area_hugepages(table);
8866                 } else {
8867                         /*
8868                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8869                          * some pages at the end of hash table which
8870                          * alloc_pages_exact() automatically does
8871                          */
8872                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8873                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8874                 }
8875         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8876
8877         if (!table)
8878                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8879
8880         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8881                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8882                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
8883
8884         if (_hash_shift)
8885                 *_hash_shift = log2qty;
8886         if (_hash_mask)
8887                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8888
8889         return table;
8890 }
8891
8892 /*
8893  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8894  *
8895  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8896  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8897  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8898  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8899  *
8900  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8901  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8902  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8903  *
8904  */
8905 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8906                                  int migratetype, int flags)
8907 {
8908         unsigned long iter = 0;
8909         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8910         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8911
8912         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8913                 /*
8914                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8915                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8916                  * so consider them movable here.
8917                  */
8918                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8919                         return NULL;
8920
8921                 return page;
8922         }
8923
8924         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8925                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8926
8927                 /*
8928                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8929                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8930                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8931                  * specifying "movablecore".
8932                  */
8933                 if (PageReserved(page))
8934                         return page;
8935
8936                 /*
8937                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8938                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8939                  * is movable.
8940                  */
8941                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8942                         continue;
8943
8944                 /*
8945                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8946                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8947                  * We need not scan over tail pages because we don't
8948                  * handle each tail page individually in migration.
8949                  */
8950                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8951                         struct page *head = compound_head(page);
8952                         unsigned int skip_pages;
8953
8954                         if (PageHuge(page)) {
8955                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8956                                         return page;
8957                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8958                                 return page;
8959                         }
8960
8961                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8962                         iter += skip_pages - 1;
8963                         continue;
8964                 }
8965
8966                 /*
8967                  * We can't use page_count without pin a page
8968                  * because another CPU can free compound page.
8969                  * This check already skips compound tails of THP
8970                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8971                  */
8972                 if (!page_ref_count(page)) {
8973                         if (PageBuddy(page))
8974                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8975                         continue;
8976                 }
8977
8978                 /*
8979                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8980                  * page_count() is not 0.
8981                  */
8982                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8983                         continue;
8984
8985                 /*
8986                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8987                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8988                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8989                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8990                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8991                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8992                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8993                  * (false negatives in this function only)
8994                  */
8995                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8996                         continue;
8997
8998                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8999                         continue;
9000
9001                 /*
9002                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
9003                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
9004                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
9005                  */
9006                 return page;
9007         }
9008         return NULL;
9009 }
9010
9011 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
9012 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
9013 {
9014         return ALIGN_DOWN(pfn, MAX_ORDER_NR_PAGES);
9015 }
9016
9017 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
9018 {
9019         return ALIGN(pfn, MAX_ORDER_NR_PAGES);
9020 }
9021
9022 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
9023         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
9024 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
9025 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
9026 {
9027         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
9028
9029         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
9030                 struct page *page;
9031
9032                 dump_stack();
9033                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
9034                         dump_page(page, "migration failure");
9035         }
9036 }
9037 #else
9038 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
9039 {
9040 }
9041 #endif
9042
9043 /* [start, end) must belong to a single zone. */
9044 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
9045                                         unsigned long start, unsigned long end)
9046 {
9047         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
9048         unsigned int nr_reclaimed;
9049         unsigned long pfn = start;
9050         unsigned int tries = 0;
9051         int ret = 0;
9052         struct migration_target_control mtc = {
9053                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
9054                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
9055         };
9056
9057         lru_cache_disable();
9058
9059         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
9060                 if (fatal_signal_pending(current)) {
9061                         ret = -EINTR;
9062                         break;
9063                 }
9064
9065                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
9066                         cc->nr_migratepages = 0;
9067                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
9068                         if (ret && ret != -EAGAIN)
9069                                 break;
9070                         pfn = cc->migrate_pfn;
9071                         tries = 0;
9072                 } else if (++tries == 5) {
9073                         ret = -EBUSY;
9074                         break;
9075                 }
9076
9077                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
9078                                                         &cc->migratepages);
9079                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
9080
9081                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
9082                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
9083
9084                 /*
9085                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
9086                  * to retry again over this error, so do the same here.
9087                  */
9088                 if (ret == -ENOMEM)
9089                         break;
9090         }
9091
9092         lru_cache_enable();
9093         if (ret < 0) {
9094                 if (ret == -EBUSY)
9095                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
9096                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
9097                 return ret;
9098         }
9099         return 0;
9100 }
9101
9102 /**
9103  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
9104  * @start:      start PFN to allocate
9105  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
9106  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
9107  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
9108  *                      in range must have the same migratetype and it must
9109  *                      be either of the two.
9110  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
9111  *
9112  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
9113  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
9114  *
9115  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
9116  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
9117  * be modified by others.
9118  *
9119  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9120  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9121  * need to be freed with free_contig_range().
9122  */
9123 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9124                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9125 {
9126         unsigned long outer_start, outer_end;
9127         unsigned int order;
9128         int ret = 0;
9129
9130         struct compact_control cc = {
9131                 .nr_migratepages = 0,
9132                 .order = -1,
9133                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9134                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9135                 .ignore_skip_hint = true,
9136                 .no_set_skip_hint = true,
9137                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9138                 .alloc_contig = true,
9139         };
9140         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9141
9142         /*
9143          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9144          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9145          * have different sizes, and due to the way page allocator
9146          * work, we align the range to biggest of the two pages so
9147          * that page allocator won't try to merge buddies from
9148          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
9149          * other migration type.
9150          *
9151          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9152          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9153          * we are interested in).  This will put all the pages in
9154          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9155          *
9156          * When this is done, we take the pages in range from page
9157          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9158          * page allocator will never consider using them.
9159          *
9160          * This lets us mark the pageblocks back as
9161          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9162          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9163          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9164          */
9165
9166         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9167                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
9168         if (ret)
9169                 return ret;
9170
9171         drain_all_pages(cc.zone);
9172
9173         /*
9174          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9175          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9176          * which will report the busy page.
9177          *
9178          * It is possible that busy pages could become available before
9179          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9180          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9181          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9182          */
9183         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9184         if (ret && ret != -EBUSY)
9185                 goto done;
9186         ret = 0;
9187
9188         /*
9189          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
9190          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9191          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9192          * What we are going to do is to allocate all pages from
9193          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9194          *
9195          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9196          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9197          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9198          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9199          * once this is done free the pages we are not interested in.
9200          *
9201          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9202          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9203          */
9204
9205         order = 0;
9206         outer_start = start;
9207         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9208                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9209                         outer_start = start;
9210                         break;
9211                 }
9212                 outer_start &= ~0UL << order;
9213         }
9214
9215         if (outer_start != start) {
9216                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9217
9218                 /*
9219                  * outer_start page could be small order buddy page and
9220                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9221                  * in this case to report failed page properly
9222                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9223                  */
9224                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9225                         outer_start = start;
9226         }
9227
9228         /* Make sure the range is really isolated. */
9229         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9230                 ret = -EBUSY;
9231                 goto done;
9232         }
9233
9234         /* Grab isolated pages from freelists. */
9235         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9236         if (!outer_end) {
9237                 ret = -EBUSY;
9238                 goto done;
9239         }
9240
9241         /* Free head and tail (if any) */
9242         if (start != outer_start)
9243                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9244         if (end != outer_end)
9245                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9246
9247 done:
9248         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9249                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
9250         return ret;
9251 }
9252 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9253
9254 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9255                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9256 {
9257         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9258
9259         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9260                                   gfp_mask);
9261 }
9262
9263 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9264                                    unsigned long nr_pages)
9265 {
9266         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9267         struct page *page;
9268
9269         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9270                 page = pfn_to_online_page(i);
9271                 if (!page)
9272                         return false;
9273
9274                 if (page_zone(page) != z)
9275                         return false;
9276
9277                 if (PageReserved(page))
9278                         return false;
9279         }
9280         return true;
9281 }
9282
9283 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9284                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9285 {
9286         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9287
9288         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9289 }
9290
9291 /**
9292  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9293  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9294  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9295  * @nid:        Target node
9296  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9297  *
9298  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9299  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9300  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9301  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9302  *
9303  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9304  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
9305  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9306  *
9307  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9308  * __free_page() on each allocated page.
9309  *
9310  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9311  */
9312 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9313                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9314 {
9315         unsigned long ret, pfn, flags;
9316         struct zonelist *zonelist;
9317         struct zone *zone;
9318         struct zoneref *z;
9319
9320         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9321         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9322                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9323                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9324
9325                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9326                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9327                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9328                                 /*
9329                                  * We release the zone lock here because
9330                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9331                                  * at some point. If there's an allocation
9332                                  * spinning on this lock, it may win the race
9333                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9334                                  */
9335                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9336                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9337                                                         gfp_mask);
9338                                 if (!ret)
9339                                         return pfn_to_page(pfn);
9340                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9341                         }
9342                         pfn += nr_pages;
9343                 }
9344                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9345         }
9346         return NULL;
9347 }
9348 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9349
9350 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9351 {
9352         unsigned long count = 0;
9353
9354         for (; nr_pages--; pfn++) {
9355                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9356
9357                 count += page_count(page) != 1;
9358                 __free_page(page);
9359         }
9360         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9361 }
9362 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9363
9364 /*
9365  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
9366  * page high values need to be recalculated.
9367  */
9368 void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
9369 {
9370         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9371         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
9372         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9373 }
9374
9375 /*
9376  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9377  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9378  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9379  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9380  *
9381  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9382  */
9383 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9384 {
9385         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9386         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9387         __drain_all_pages(zone, true);
9388 }
9389
9390 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9391 {
9392         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9393         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9394 }
9395
9396 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9397 {
9398         int cpu;
9399         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9400
9401         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9402                 for_each_online_cpu(cpu) {
9403                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9404                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9405                 }
9406                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9407                 free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9408                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9409                 zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9410         }
9411 }
9412
9413 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9414 /*
9415  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9416  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9417  */
9418 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9419 {
9420         unsigned long pfn = start_pfn;
9421         struct page *page;
9422         struct zone *zone;
9423         unsigned int order;
9424         unsigned long flags;
9425
9426         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9427         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9428         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9429         while (pfn < end_pfn) {
9430                 page = pfn_to_page(pfn);
9431                 /*
9432                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9433                  * page_count() is not 0.
9434                  */
9435                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9436                         pfn++;
9437                         continue;
9438                 }
9439                 /*
9440                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9441                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9442                  */
9443                 if (PageOffline(page)) {
9444                         BUG_ON(page_count(page));
9445                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9446                         pfn++;
9447                         continue;
9448                 }
9449
9450                 BUG_ON(page_count(page));
9451                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9452                 order = buddy_order(page);
9453                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9454                 pfn += (1 << order);
9455         }
9456         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9457 }
9458 #endif
9459
9460 /*
9461  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
9462  */
9463 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9464 {
9465         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9466         unsigned int order;
9467
9468         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9469                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9470
9471                 if (PageBuddy(page_head) &&
9472                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
9473                         break;
9474         }
9475
9476         return order < MAX_ORDER;
9477 }
9478 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
9479
9480 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9481 /*
9482  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9483  * buddy allocator.
9484  */
9485 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9486                                    struct page *target, int low, int high,
9487                                    int migratetype)
9488 {
9489         unsigned long size = 1 << high;
9490         struct page *current_buddy, *next_page;
9491
9492         while (high > low) {
9493                 high--;
9494                 size >>= 1;
9495
9496                 if (target >= &page[size]) {
9497                         next_page = page + size;
9498                         current_buddy = page;
9499                 } else {
9500                         next_page = page;
9501                         current_buddy = page + size;
9502                 }
9503
9504                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9505                         continue;
9506
9507                 if (current_buddy != target) {
9508                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9509                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9510                         page = next_page;
9511                 }
9512         }
9513 }
9514
9515 /*
9516  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9517  */
9518 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9519 {
9520         struct zone *zone = page_zone(page);
9521         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9522         unsigned long flags;
9523         unsigned int order;
9524         bool ret = false;
9525
9526         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9527         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9528                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9529                 int page_order = buddy_order(page_head);
9530
9531                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9532                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9533                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9534                                                                    pfn_head);
9535
9536                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9537                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9538                                                 page_order, migratetype);
9539                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
9540                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9541                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9542                         ret = true;
9543                         break;
9544                 }
9545                 if (page_count(page_head) > 0)
9546                         break;
9547         }
9548         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9549         return ret;
9550 }
9551
9552 /*
9553  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
9554  */
9555 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
9556 {
9557         struct zone *zone = page_zone(page);
9558         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9559         unsigned long flags;
9560         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
9561         bool ret = false;
9562
9563         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9564         if (put_page_testzero(page)) {
9565                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
9566                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
9567                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
9568                         num_poisoned_pages_dec();
9569                         ret = true;
9570                 }
9571         }
9572         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9573
9574         return ret;
9575 }
9576 #endif
9577
9578 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
9579 bool has_managed_dma(void)
9580 {
9581         struct pglist_data *pgdat;
9582
9583         for_each_online_pgdat(pgdat) {
9584                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
9585
9586                 if (managed_zone(zone))
9587                         return true;
9588         }
9589         return false;
9590 }
9591 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */