Merge tag 'm68knommu-for-v5.14' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git...
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/mmu_notifier.h>
61 #include <linux/migrate.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/sched/mm.h>
65 #include <linux/page_owner.h>
66 #include <linux/kthread.h>
67 #include <linux/memcontrol.h>
68 #include <linux/ftrace.h>
69 #include <linux/lockdep.h>
70 #include <linux/nmi.h>
71 #include <linux/psi.h>
72 #include <linux/padata.h>
73 #include <linux/khugepaged.h>
74 #include <linux/buffer_head.h>
75 #include <asm/sections.h>
76 #include <asm/tlbflush.h>
77 #include <asm/div64.h>
78 #include "internal.h"
79 #include "shuffle.h"
80 #include "page_reporting.h"
81
82 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
83 typedef int __bitwise fpi_t;
84
85 /* No special request */
86 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
87
88 /*
89  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
90  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
91  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
92  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
93  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
94  * putting it back unmodified.
95  */
96 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
97
98 /*
99  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
100  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
101  * shuffle the whole zone).
102  *
103  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
104  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
105  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
106  *       reporting).
107  */
108 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
109
110 /*
111  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
112  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
113  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
114  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
115  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
116  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
117  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
118  */
119 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
120
121 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
122 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
123 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
124
125 struct pagesets {
126         local_lock_t lock;
127 #if defined(CONFIG_DEBUG_INFO_BTF) &&                           \
128         !defined(CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC) &&                    \
129         !defined(CONFIG_PAHOLE_HAS_ZEROSIZE_PERCPU_SUPPORT)
130         /*
131          * pahole 1.21 and earlier gets confused by zero-sized per-CPU
132          * variables and produces invalid BTF. Ensure that
133          * sizeof(struct pagesets) != 0 for older versions of pahole.
134          */
135         char __pahole_hack;
136         #warning "pahole too old to support zero-sized struct pagesets"
137 #endif
138 };
139 static DEFINE_PER_CPU(struct pagesets, pagesets) = {
140         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
141 };
142
143 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
144 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
145 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
146 #endif
147
148 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
149
150 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
151 /*
152  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
153  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
154  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
155  * defined in <linux/topology.h>.
156  */
157 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
158 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
159 #endif
160
161 /* work_structs for global per-cpu drains */
162 struct pcpu_drain {
163         struct zone *zone;
164         struct work_struct work;
165 };
166 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
167 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
168
169 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
170 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
171 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
172 #endif
173
174 /*
175  * Array of node states.
176  */
177 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
178         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
179         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
180 #ifndef CONFIG_NUMA
181         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
182 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
183         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
184 #endif
185         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
186         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
187 #endif  /* NUMA */
188 };
189 EXPORT_SYMBOL(node_states);
190
191 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
192 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
193 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
194 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
195
196 int percpu_pagelist_high_fraction;
197 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
198 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
199 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
200
201 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
202 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
203
204 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
205                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
206 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
207 {
208
209         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
210 }
211 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
212
213 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
214                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
215 static int __init early_init_on_free(char *buf)
216 {
217         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
218 }
219 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
220
221 /*
222  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
223  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
224  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
225  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
226  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
227  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
228  */
229 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
230 {
231         return page->index;
232 }
233
234 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
235 {
236         page->index = migratetype;
237 }
238
239 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
240 /*
241  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
242  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
243  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
244  * they should always be called with system_transition_mutex held
245  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
246  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
247  * with that modification).
248  */
249
250 static gfp_t saved_gfp_mask;
251
252 void pm_restore_gfp_mask(void)
253 {
254         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
255         if (saved_gfp_mask) {
256                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
257                 saved_gfp_mask = 0;
258         }
259 }
260
261 void pm_restrict_gfp_mask(void)
262 {
263         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
264         WARN_ON(saved_gfp_mask);
265         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
266         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
267 }
268
269 bool pm_suspended_storage(void)
270 {
271         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
272                 return false;
273         return true;
274 }
275 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
276
277 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
278 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
279 #endif
280
281 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
282                             fpi_t fpi_flags);
283
284 /*
285  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
286  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
287  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
288  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
289  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
290  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
291  *
292  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
293  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
294  */
295 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
296 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
297         [ZONE_DMA] = 256,
298 #endif
299 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
300         [ZONE_DMA32] = 256,
301 #endif
302         [ZONE_NORMAL] = 32,
303 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
304         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
305 #endif
306         [ZONE_MOVABLE] = 0,
307 };
308
309 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
310 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
311          "DMA",
312 #endif
313 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
314          "DMA32",
315 #endif
316          "Normal",
317 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
318          "HighMem",
319 #endif
320          "Movable",
321 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
322          "Device",
323 #endif
324 };
325
326 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
327         "Unmovable",
328         "Movable",
329         "Reclaimable",
330         "HighAtomic",
331 #ifdef CONFIG_CMA
332         "CMA",
333 #endif
334 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
335         "Isolate",
336 #endif
337 };
338
339 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
340         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
341         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
342 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
343         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
344 #endif
345 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
346         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
347 #endif
348 };
349
350 int min_free_kbytes = 1024;
351 int user_min_free_kbytes = -1;
352 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
353 int watermark_scale_factor = 10;
354
355 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
356 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
357 static unsigned long dma_reserve __initdata;
358
359 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
360 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
361 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
362 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
363 static unsigned long required_movablecore __initdata;
364 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
365 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
366 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
367
368 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
369 int movable_zone;
370 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
371
372 #if MAX_NUMNODES > 1
373 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
374 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
375 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
376 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
377 #endif
378
379 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
380
381 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
382 /*
383  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
384  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
385  * and we can permanently disable that path.
386  */
387 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
388
389 /*
390  * Calling kasan_poison_pages() only after deferred memory initialization
391  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
392  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
393  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
394  *
395  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
396  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
397  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
398  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
399  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
400  * initialization is done, but this is not likely to happen.
401  */
402 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
403 {
404         return static_branch_unlikely(&deferred_pages) ||
405                (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
406                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
407                PageSkipKASanPoison(page);
408 }
409
410 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
411 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
412 {
413         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
414
415         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
416                 return true;
417
418         return false;
419 }
420
421 /*
422  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
423  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
424  */
425 static bool __meminit
426 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
427 {
428         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
429
430         /*
431          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
432          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
433          */
434         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
435                 prev_end_pfn = end_pfn;
436                 nr_initialised = 0;
437         }
438
439         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
440         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
441                 return false;
442
443         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
444                 return true;
445         /*
446          * We start only with one section of pages, more pages are added as
447          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
448          */
449         nr_initialised++;
450         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
451             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
452                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
453                 return true;
454         }
455         return false;
456 }
457 #else
458 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
459 {
460         return (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
461                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
462                PageSkipKASanPoison(page);
463 }
464
465 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
466 {
467         return false;
468 }
469
470 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
471 {
472         return false;
473 }
474 #endif
475
476 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
477 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
478                                                         unsigned long pfn)
479 {
480 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
481         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
482 #else
483         return page_zone(page)->pageblock_flags;
484 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
485 }
486
487 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
488 {
489 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
490         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
491 #else
492         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
493 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
494         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
495 }
496
497 static __always_inline
498 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
499                                         unsigned long pfn,
500                                         unsigned long mask)
501 {
502         unsigned long *bitmap;
503         unsigned long bitidx, word_bitidx;
504         unsigned long word;
505
506         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
507         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
508         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
509         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
510
511         word = bitmap[word_bitidx];
512         return (word >> bitidx) & mask;
513 }
514
515 /**
516  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
517  * @page: The page within the block of interest
518  * @pfn: The target page frame number
519  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
520  *
521  * Return: pageblock_bits flags
522  */
523 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
524                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
525 {
526         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
527 }
528
529 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
530                                         unsigned long pfn)
531 {
532         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
533 }
534
535 /**
536  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
537  * @page: The page within the block of interest
538  * @flags: The flags to set
539  * @pfn: The target page frame number
540  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
541  */
542 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
543                                         unsigned long pfn,
544                                         unsigned long mask)
545 {
546         unsigned long *bitmap;
547         unsigned long bitidx, word_bitidx;
548         unsigned long old_word, word;
549
550         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
551         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
552
553         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
554         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
555         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
556         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
557
558         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
559
560         mask <<= bitidx;
561         flags <<= bitidx;
562
563         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
564         for (;;) {
565                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
566                 if (word == old_word)
567                         break;
568                 word = old_word;
569         }
570 }
571
572 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
573 {
574         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
575                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
576                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
577
578         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
579                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
580 }
581
582 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
583 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
584 {
585         int ret = 0;
586         unsigned seq;
587         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
588         unsigned long sp, start_pfn;
589
590         do {
591                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
592                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
593                 sp = zone->spanned_pages;
594                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
595                         ret = 1;
596         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
597
598         if (ret)
599                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
600                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
601                         start_pfn, start_pfn + sp);
602
603         return ret;
604 }
605
606 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
607 {
608         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
609                 return 0;
610         if (zone != page_zone(page))
611                 return 0;
612
613         return 1;
614 }
615 /*
616  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
617  */
618 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
619 {
620         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
621                 return 1;
622         if (!page_is_consistent(zone, page))
623                 return 1;
624
625         return 0;
626 }
627 #else
628 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
629 {
630         return 0;
631 }
632 #endif
633
634 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
635 {
636         static unsigned long resume;
637         static unsigned long nr_shown;
638         static unsigned long nr_unshown;
639
640         /*
641          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
642          * or allow a steady drip of one report per second.
643          */
644         if (nr_shown == 60) {
645                 if (time_before(jiffies, resume)) {
646                         nr_unshown++;
647                         goto out;
648                 }
649                 if (nr_unshown) {
650                         pr_alert(
651                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
652                                 nr_unshown);
653                         nr_unshown = 0;
654                 }
655                 nr_shown = 0;
656         }
657         if (nr_shown++ == 0)
658                 resume = jiffies + 60 * HZ;
659
660         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
661                 current->comm, page_to_pfn(page));
662         dump_page(page, reason);
663
664         print_modules();
665         dump_stack();
666 out:
667         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
668         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
669         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
670 }
671
672 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
673 {
674         int base = order;
675
676 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
677         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
678                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
679                 base = PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER + 1;
680         }
681 #else
682         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
683 #endif
684
685         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
686 }
687
688 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
689 {
690         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
691
692 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
693         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
694                 order = pageblock_order;
695                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
696         }
697 #else
698         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
699 #endif
700
701         return order;
702 }
703
704 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
705 {
706         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
707                 return true;
708 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
709         if (order == pageblock_order)
710                 return true;
711 #endif
712         return false;
713 }
714
715 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
716 {
717         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
718                 free_unref_page(page, order);
719         else
720                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
721 }
722
723 /*
724  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
725  *
726  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
727  *
728  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
729  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
730  *
731  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
732  * page destructors. See compound_page_dtors.
733  *
734  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
735  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
736  */
737
738 void free_compound_page(struct page *page)
739 {
740         mem_cgroup_uncharge(page);
741         free_the_page(page, compound_order(page));
742 }
743
744 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
745 {
746         int i;
747         int nr_pages = 1 << order;
748
749         __SetPageHead(page);
750         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
751                 struct page *p = page + i;
752                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
753                 set_compound_head(p, page);
754         }
755
756         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
757         set_compound_order(page, order);
758         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
759         if (hpage_pincount_available(page))
760                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
761 }
762
763 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
764 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
765
766 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
767                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
768 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
769 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
770 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
771
772 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
773
774 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
775 {
776         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
777 }
778 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
779
780 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
781 {
782         unsigned long res;
783
784         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
785                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
786                 return 0;
787         }
788         _debug_guardpage_minorder = res;
789         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
790         return 0;
791 }
792 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
793
794 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
795                                 unsigned int order, int migratetype)
796 {
797         if (!debug_guardpage_enabled())
798                 return false;
799
800         if (order >= debug_guardpage_minorder())
801                 return false;
802
803         __SetPageGuard(page);
804         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
805         set_page_private(page, order);
806         /* Guard pages are not available for any usage */
807         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
808
809         return true;
810 }
811
812 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
813                                 unsigned int order, int migratetype)
814 {
815         if (!debug_guardpage_enabled())
816                 return;
817
818         __ClearPageGuard(page);
819
820         set_page_private(page, 0);
821         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
822                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
823 }
824 #else
825 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
826                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
827 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
828                                 unsigned int order, int migratetype) {}
829 #endif
830
831 /*
832  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
833  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
834  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
835  * enabled, and then make decisions.
836  */
837 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
838 {
839         bool page_poisoning_requested = false;
840
841 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
842         /*
843          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
844          * either of those options are enabled, enable poisoning.
845          */
846         if (page_poisoning_enabled() ||
847              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
848               debug_pagealloc_enabled())) {
849                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
850                 page_poisoning_requested = true;
851         }
852 #endif
853
854         if (_init_on_alloc_enabled_early) {
855                 if (page_poisoning_requested)
856                         pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
857                                 "will take precedence over init_on_alloc\n");
858                 else
859                         static_branch_enable(&init_on_alloc);
860         }
861         if (_init_on_free_enabled_early) {
862                 if (page_poisoning_requested)
863                         pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
864                                 "will take precedence over init_on_free\n");
865                 else
866                         static_branch_enable(&init_on_free);
867         }
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         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
1037                 return false;
1038
1039         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1040         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
1041         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
1042         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
1043
1044         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
1045                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
1046 }
1047
1048 /*
1049  * Freeing function for a buddy system allocator.
1050  *
1051  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1052  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1053  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1054  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1055  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1056  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1057  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1058  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1059  * parts of the VM system.
1060  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1061  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1062  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1063  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1064  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1065  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1066  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1067  * triggers coalescing into a block of larger size.
1068  *
1069  * -- nyc
1070  */
1071
1072 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1073                 unsigned long pfn,
1074                 struct zone *zone, unsigned int order,
1075                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1076 {
1077         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1078         unsigned long buddy_pfn;
1079         unsigned long combined_pfn;
1080         unsigned int max_order;
1081         struct page *buddy;
1082         bool to_tail;
1083
1084         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER - 1, pageblock_order);
1085
1086         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1087         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1088
1089         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1090         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1091                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1092
1093         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1094         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1095
1096 continue_merging:
1097         while (order < max_order) {
1098                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1099                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1100                                                                 migratetype);
1101                         return;
1102                 }
1103                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1104                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1105
1106                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
1107                         goto done_merging;
1108                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1109                         goto done_merging;
1110                 /*
1111                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1112                  * merge with it and move up one order.
1113                  */
1114                 if (page_is_guard(buddy))
1115                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1116                 else
1117                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1118                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1119                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1120                 pfn = combined_pfn;
1121                 order++;
1122         }
1123         if (order < MAX_ORDER - 1) {
1124                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1125                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1126                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1127                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1128                  *
1129                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1130                  * low-order merging.
1131                  */
1132                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1133                         int buddy_mt;
1134
1135                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1136                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1137                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1138
1139                         if (migratetype != buddy_mt
1140                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1141                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1142                                 goto done_merging;
1143                 }
1144                 max_order = order + 1;
1145                 goto continue_merging;
1146         }
1147
1148 done_merging:
1149         set_buddy_order(page, order);
1150
1151         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1152                 to_tail = true;
1153         else if (is_shuffle_order(order))
1154                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1155         else
1156                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1157
1158         if (to_tail)
1159                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1160         else
1161                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1162
1163         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1164         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1165                 page_reporting_notify_free(order);
1166 }
1167
1168 /*
1169  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1170  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1171  * check if necessary.
1172  */
1173 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1174                                         unsigned long check_flags)
1175 {
1176         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1177                 return false;
1178
1179         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1180                         page_ref_count(page) |
1181 #ifdef CONFIG_MEMCG
1182                         page->memcg_data |
1183 #endif
1184                         (page->flags & check_flags)))
1185                 return false;
1186
1187         return true;
1188 }
1189
1190 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1191 {
1192         const char *bad_reason = NULL;
1193
1194         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1195                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1196         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1197                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1198         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1199                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1200         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1201                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1202                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1203                 else
1204                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1205         }
1206 #ifdef CONFIG_MEMCG
1207         if (unlikely(page->memcg_data))
1208                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1209 #endif
1210         return bad_reason;
1211 }
1212
1213 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1214 {
1215         bad_page(page,
1216                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1217 }
1218
1219 static inline int check_free_page(struct page *page)
1220 {
1221         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1222                 return 0;
1223
1224         /* Something has gone sideways, find it */
1225         check_free_page_bad(page);
1226         return 1;
1227 }
1228
1229 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1230 {
1231         int ret = 1;
1232
1233         /*
1234          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1235          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1236          */
1237         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1238
1239         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1240                 ret = 0;
1241                 goto out;
1242         }
1243         switch (page - head_page) {
1244         case 1:
1245                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1246                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1247                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1248                         goto out;
1249                 }
1250                 break;
1251         case 2:
1252                 /*
1253                  * the second tail page: ->mapping is
1254                  * deferred_list.next -- ignore value.
1255                  */
1256                 break;
1257         default:
1258                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1259                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1260                         goto out;
1261                 }
1262                 break;
1263         }
1264         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1265                 bad_page(page, "PageTail not set");
1266                 goto out;
1267         }
1268         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1269                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1270                 goto out;
1271         }
1272         ret = 0;
1273 out:
1274         page->mapping = NULL;
1275         clear_compound_head(page);
1276         return ret;
1277 }
1278
1279 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages, bool zero_tags)
1280 {
1281         int i;
1282
1283         if (zero_tags) {
1284                 for (i = 0; i < numpages; i++)
1285                         tag_clear_highpage(page + i);
1286                 return;
1287         }
1288
1289         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1290         kasan_disable_current();
1291         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1292                 u8 tag = page_kasan_tag(page + i);
1293                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1294                 clear_highpage(page + i);
1295                 page_kasan_tag_set(page + i, tag);
1296         }
1297         kasan_enable_current();
1298 }
1299
1300 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1301                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1302 {
1303         int bad = 0;
1304         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags);
1305
1306         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1307
1308         trace_mm_page_free(page, order);
1309
1310         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1311                 /*
1312                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1313                  * Untie memcg state and reset page's owner
1314                  */
1315                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1316                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1317                 reset_page_owner(page, order);
1318                 return false;
1319         }
1320
1321         /*
1322          * Check tail pages before head page information is cleared to
1323          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1324          */
1325         if (unlikely(order)) {
1326                 bool compound = PageCompound(page);
1327                 int i;
1328
1329                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1330
1331                 if (compound)
1332                         ClearPageDoubleMap(page);
1333                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1334                         if (compound)
1335                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1336                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1337                                 bad++;
1338                                 continue;
1339                         }
1340                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1341                 }
1342         }
1343         if (PageMappingFlags(page))
1344                 page->mapping = NULL;
1345         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1346                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1347         if (check_free)
1348                 bad += check_free_page(page);
1349         if (bad)
1350                 return false;
1351
1352         page_cpupid_reset_last(page);
1353         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1354         reset_page_owner(page, order);
1355
1356         if (!PageHighMem(page)) {
1357                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1358                                            PAGE_SIZE << order);
1359                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1360                                            PAGE_SIZE << order);
1361         }
1362
1363         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1364
1365         /*
1366          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1367          * kasan_free_pages and kernel_init_free_pages must be
1368          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1369          *
1370          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1371          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1372          */
1373         if (kasan_has_integrated_init()) {
1374                 if (!skip_kasan_poison)
1375                         kasan_free_pages(page, order);
1376         } else {
1377                 bool init = want_init_on_free();
1378
1379                 if (init)
1380                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order, false);
1381                 if (!skip_kasan_poison)
1382                         kasan_poison_pages(page, order, init);
1383         }
1384
1385         /*
1386          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1387          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1388          * happen after this.
1389          */
1390         arch_free_page(page, order);
1391
1392         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1393
1394         return true;
1395 }
1396
1397 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1398 /*
1399  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1400  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1401  * moved from pcp lists to free lists.
1402  */
1403 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1404 {
1405         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1406 }
1407
1408 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1409 {
1410         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1411                 return check_free_page(page);
1412         else
1413                 return false;
1414 }
1415 #else
1416 /*
1417  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1418  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1419  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1420  * to the pcp lists.
1421  */
1422 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1423 {
1424         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1425                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1426         else
1427                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1428 }
1429
1430 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1431 {
1432         return check_free_page(page);
1433 }
1434 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1435
1436 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1437 {
1438         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1439         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1440         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1441
1442         prefetch(buddy);
1443 }
1444
1445 /*
1446  * Frees a number of pages from the PCP lists
1447  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1448  * count is the number of pages to free.
1449  *
1450  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1451  * see if this freeing clears that state.
1452  *
1453  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1454  * pinned" detection logic.
1455  */
1456 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1457                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1458 {
1459         int pindex = 0;
1460         int batch_free = 0;
1461         int nr_freed = 0;
1462         unsigned int order;
1463         int prefetch_nr = READ_ONCE(pcp->batch);
1464         bool isolated_pageblocks;
1465         struct page *page, *tmp;
1466         LIST_HEAD(head);
1467
1468         /*
1469          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1470          * below while (list_empty(list)) loop.
1471          */
1472         count = min(pcp->count, count);
1473         while (count > 0) {
1474                 struct list_head *list;
1475
1476                 /*
1477                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1478                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1479                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1480                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1481                  * lists
1482                  */
1483                 do {
1484                         batch_free++;
1485                         if (++pindex == NR_PCP_LISTS)
1486                                 pindex = 0;
1487                         list = &pcp->lists[pindex];
1488                 } while (list_empty(list));
1489
1490                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1491                 if (batch_free == NR_PCP_LISTS)
1492                         batch_free = count;
1493
1494                 order = pindex_to_order(pindex);
1495                 BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER >= (1<<NR_PCP_ORDER_WIDTH));
1496                 do {
1497                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1498                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1499                         list_del(&page->lru);
1500                         nr_freed += 1 << order;
1501                         count -= 1 << order;
1502
1503                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1504                                 continue;
1505
1506                         /* Encode order with the migratetype */
1507                         page->index <<= NR_PCP_ORDER_WIDTH;
1508                         page->index |= order;
1509
1510                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1511
1512                         /*
1513                          * We are going to put the page back to the global
1514                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1515                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1516                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1517                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1518                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1519                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1520                          */
1521                         if (prefetch_nr) {
1522                                 prefetch_buddy(page);
1523                                 prefetch_nr--;
1524                         }
1525                 } while (count > 0 && --batch_free && !list_empty(list));
1526         }
1527         pcp->count -= nr_freed;
1528
1529         /*
1530          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
1531          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
1532          */
1533         spin_lock(&zone->lock);
1534         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1535
1536         /*
1537          * Use safe version since after __free_one_page(),
1538          * page->lru.next will not point to original list.
1539          */
1540         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1541                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1542
1543                 /* mt has been encoded with the order (see above) */
1544                 order = mt & NR_PCP_ORDER_MASK;
1545                 mt >>= NR_PCP_ORDER_WIDTH;
1546
1547                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1548                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1549                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1550                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1551                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1552
1553                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1554                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1555         }
1556         spin_unlock(&zone->lock);
1557 }
1558
1559 static void free_one_page(struct zone *zone,
1560                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1561                                 unsigned int order,
1562                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1563 {
1564         unsigned long flags;
1565
1566         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1567         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1568                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1569                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1570         }
1571         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1572         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1573 }
1574
1575 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1576                                 unsigned long zone, int nid)
1577 {
1578         mm_zero_struct_page(page);
1579         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1580         init_page_count(page);
1581         page_mapcount_reset(page);
1582         page_cpupid_reset_last(page);
1583         page_kasan_tag_reset(page);
1584
1585         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1586 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1587         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1588         if (!is_highmem_idx(zone))
1589                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1590 #endif
1591 }
1592
1593 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1594 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1595 {
1596         pg_data_t *pgdat;
1597         int nid, zid;
1598
1599         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1600                 return;
1601
1602         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1603         pgdat = NODE_DATA(nid);
1604
1605         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1606                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1607
1608                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1609                         break;
1610         }
1611         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1612 }
1613 #else
1614 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1615 {
1616 }
1617 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1618
1619 /*
1620  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1621  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1622  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1623  * sent to the buddy page allocator.
1624  */
1625 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1626 {
1627         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1628         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1629
1630         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1631                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1632                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1633
1634                         init_reserved_page(start_pfn);
1635
1636                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1637                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1638
1639                         /*
1640                          * no need for atomic set_bit because the struct
1641                          * page is not visible yet so nobody should
1642                          * access it yet.
1643                          */
1644                         __SetPageReserved(page);
1645                 }
1646         }
1647 }
1648
1649 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1650                             fpi_t fpi_flags)
1651 {
1652         unsigned long flags;
1653         int migratetype;
1654         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1655         struct zone *zone = page_zone(page);
1656
1657         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1658                 return;
1659
1660         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1661
1662         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1663         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1664                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1665                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1666         }
1667         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1668         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1669
1670         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1671 }
1672
1673 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1674 {
1675         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1676         struct page *p = page;
1677         unsigned int loop;
1678
1679         /*
1680          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1681          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1682          * refcount of all involved pages to 0.
1683          */
1684         prefetchw(p);
1685         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1686                 prefetchw(p + 1);
1687                 __ClearPageReserved(p);
1688                 set_page_count(p, 0);
1689         }
1690         __ClearPageReserved(p);
1691         set_page_count(p, 0);
1692
1693         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1694
1695         /*
1696          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1697          * relevant for memory onlining.
1698          */
1699         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1700 }
1701
1702 #ifdef CONFIG_NUMA
1703
1704 /*
1705  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1706  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1707  * treats start/end as pfns.
1708  */
1709 struct mminit_pfnnid_cache {
1710         unsigned long last_start;
1711         unsigned long last_end;
1712         int last_nid;
1713 };
1714
1715 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1716
1717 /*
1718  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1719  */
1720 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1721                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1722 {
1723         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1724         int nid;
1725
1726         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1727                 return state->last_nid;
1728
1729         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1730         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1731                 state->last_start = start_pfn;
1732                 state->last_end = end_pfn;
1733                 state->last_nid = nid;
1734         }
1735
1736         return nid;
1737 }
1738
1739 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1740 {
1741         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1742         int nid;
1743
1744         spin_lock(&early_pfn_lock);
1745         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1746         if (nid < 0)
1747                 nid = first_online_node;
1748         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1749
1750         return nid;
1751 }
1752 #endif /* CONFIG_NUMA */
1753
1754 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1755                                                         unsigned int order)
1756 {
1757         if (early_page_uninitialised(pfn))
1758                 return;
1759         __free_pages_core(page, order);
1760 }
1761
1762 /*
1763  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1764  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1765  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1766  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1767  * pageblocks.
1768  *
1769  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1770  *
1771  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1772  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1773  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1774  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1775  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1776  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1777  * page in a pageblock.
1778  */
1779 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1780                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1781 {
1782         struct page *start_page;
1783         struct page *end_page;
1784
1785         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1786         end_pfn--;
1787
1788         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1789                 return NULL;
1790
1791         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1792         if (!start_page)
1793                 return NULL;
1794
1795         if (page_zone(start_page) != zone)
1796                 return NULL;
1797
1798         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1799
1800         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1801         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1802                 return NULL;
1803
1804         return start_page;
1805 }
1806
1807 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1808 {
1809         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1810         unsigned long block_end_pfn;
1811
1812         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1813         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1814                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1815                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1816
1817                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1818
1819                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1820                                              block_end_pfn, zone))
1821                         return;
1822                 cond_resched();
1823         }
1824
1825         /* We confirm that there is no hole */
1826         zone->contiguous = true;
1827 }
1828
1829 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1830 {
1831         zone->contiguous = false;
1832 }
1833
1834 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1835 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1836                                        unsigned long nr_pages)
1837 {
1838         struct page *page;
1839         unsigned long i;
1840
1841         if (!nr_pages)
1842                 return;
1843
1844         page = pfn_to_page(pfn);
1845
1846         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1847         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1848             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1849                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1850                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1851                 return;
1852         }
1853
1854         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1855                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1856                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1857                 __free_pages_core(page, 0);
1858         }
1859 }
1860
1861 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1862 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1863 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1864
1865 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1866 {
1867         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1868                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1869 }
1870
1871 /*
1872  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1873  *
1874  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1875  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1876  * function is optimized out.
1877  *
1878  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1879  * of the head pfn.
1880  */
1881 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1882 {
1883         if (!pfn_valid_within(pfn))
1884                 return false;
1885         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1886                 return false;
1887         return true;
1888 }
1889
1890 /*
1891  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1892  * pageblock_nr_pages sizes.
1893  */
1894 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1895                                        unsigned long end_pfn)
1896 {
1897         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1898         unsigned long nr_free = 0;
1899
1900         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1901                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1902                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1903                         nr_free = 0;
1904                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1905                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1906                         nr_free = 1;
1907                 } else {
1908                         nr_free++;
1909                 }
1910         }
1911         /* Free the last block of pages to allocator */
1912         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1913 }
1914
1915 /*
1916  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1917  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1918  * Return number of pages initialized.
1919  */
1920 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1921                                                  unsigned long pfn,
1922                                                  unsigned long end_pfn)
1923 {
1924         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1925         int nid = zone_to_nid(zone);
1926         unsigned long nr_pages = 0;
1927         int zid = zone_idx(zone);
1928         struct page *page = NULL;
1929
1930         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1931                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1932                         page = NULL;
1933                         continue;
1934                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1935                         page = pfn_to_page(pfn);
1936                 } else {
1937                         page++;
1938                 }
1939                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1940                 nr_pages++;
1941         }
1942         return (nr_pages);
1943 }
1944
1945 /*
1946  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1947  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1948  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1949  * return false indicating there are no valid ranges left.
1950  */
1951 static bool __init
1952 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1953                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1954                                     unsigned long first_init_pfn)
1955 {
1956         u64 j;
1957
1958         /*
1959          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1960          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1961          * so we just need to flush them out of the system.
1962          */
1963         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1964                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1965                         continue;
1966                 if (*spfn < first_init_pfn)
1967                         *spfn = first_init_pfn;
1968                 *i = j;
1969                 return true;
1970         }
1971
1972         return false;
1973 }
1974
1975 /*
1976  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1977  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1978  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1979  * page in __free_one_page()).
1980  *
1981  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1982  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1983  * any issues with the buddy page computation.
1984  */
1985 static unsigned long __init
1986 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1987                        unsigned long *end_pfn)
1988 {
1989         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1990         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1991         unsigned long nr_pages = 0;
1992         u64 j = *i;
1993
1994         /* First we loop through and initialize the page values */
1995         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1996                 unsigned long t;
1997
1998                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1999                         break;
2000
2001                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
2002                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
2003
2004                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
2005                         *start_pfn = mo_pfn;
2006                         break;
2007                 }
2008         }
2009
2010         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
2011         swap(j, *i);
2012
2013         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
2014                 unsigned long t;
2015
2016                 if (mo_pfn <= spfn)
2017                         break;
2018
2019                 t = min(mo_pfn, epfn);
2020                 deferred_free_pages(spfn, t);
2021
2022                 if (mo_pfn <= epfn)
2023                         break;
2024         }
2025
2026         return nr_pages;
2027 }
2028
2029 static void __init
2030 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2031                            void *arg)
2032 {
2033         unsigned long spfn, epfn;
2034         struct zone *zone = arg;
2035         u64 i;
2036
2037         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
2038
2039         /*
2040          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
2041          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
2042          */
2043         while (spfn < end_pfn) {
2044                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2045                 cond_resched();
2046         }
2047 }
2048
2049 /* An arch may override for more concurrency. */
2050 __weak int __init
2051 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2052 {
2053         return 1;
2054 }
2055
2056 /* Initialise remaining memory on a node */
2057 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2058 {
2059         pg_data_t *pgdat = data;
2060         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2061         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2062         unsigned long first_init_pfn, flags;
2063         unsigned long start = jiffies;
2064         struct zone *zone;
2065         int zid, max_threads;
2066         u64 i;
2067
2068         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2069         if (!cpumask_empty(cpumask))
2070                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2071
2072         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2073         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2074         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2075                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2076                 pgdat_init_report_one_done();
2077                 return 0;
2078         }
2079
2080         /* Sanity check boundaries */
2081         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2082         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2083         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2084
2085         /*
2086          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2087          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2088          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2089          */
2090         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2091
2092         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2093         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2094                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2095                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2096                         break;
2097         }
2098
2099         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2100         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2101                                                  first_init_pfn))
2102                 goto zone_empty;
2103
2104         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2105
2106         while (spfn < epfn) {
2107                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2108                 struct padata_mt_job job = {
2109                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2110                         .fn_arg      = zone,
2111                         .start       = spfn,
2112                         .size        = epfn_align - spfn,
2113                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2114                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2115                         .max_threads = max_threads,
2116                 };
2117
2118                 padata_do_multithreaded(&job);
2119                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2120                                                     epfn_align);
2121         }
2122 zone_empty:
2123         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2124         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2125
2126         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2127                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2128
2129         pgdat_init_report_one_done();
2130         return 0;
2131 }
2132
2133 /*
2134  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2135  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2136  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2137  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2138  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2139  *
2140  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2141  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2142  * enough pages to satisfy the allocation.
2143  *
2144  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2145  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2146  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2147  */
2148 static noinline bool __init
2149 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2150 {
2151         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2152         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2153         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2154         unsigned long spfn, epfn, flags;
2155         unsigned long nr_pages = 0;
2156         u64 i;
2157
2158         /* Only the last zone may have deferred pages */
2159         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2160                 return false;
2161
2162         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2163
2164         /*
2165          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2166          * true, as there might be enough pages already.
2167          */
2168         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2169                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2170                 return true;
2171         }
2172
2173         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2174         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2175                                                  first_deferred_pfn)) {
2176                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2177                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2178                 /* Retry only once. */
2179                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2180         }
2181
2182         /*
2183          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2184          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2185          * allocator.
2186          */
2187         while (spfn < epfn) {
2188                 /* update our first deferred PFN for this section */
2189                 first_deferred_pfn = spfn;
2190
2191                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2192                 touch_nmi_watchdog();
2193
2194                 /* We should only stop along section boundaries */
2195                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2196                         continue;
2197
2198                 /* If our quota has been met we can stop here */
2199                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2200                         break;
2201         }
2202
2203         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2204         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2205
2206         return nr_pages > 0;
2207 }
2208
2209 /*
2210  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2211  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2212  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2213  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2214  */
2215 static bool __ref
2216 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2217 {
2218         return deferred_grow_zone(zone, order);
2219 }
2220
2221 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2222
2223 void __init page_alloc_init_late(void)
2224 {
2225         struct zone *zone;
2226         int nid;
2227
2228 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2229
2230         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2231         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2232         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2233                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2234         }
2235
2236         /* Block until all are initialised */
2237         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2238
2239         /*
2240          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2241          * on-demand struct page initialization.
2242          */
2243         static_branch_disable(&deferred_pages);
2244
2245         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2246         files_maxfiles_init();
2247 #endif
2248
2249         buffer_init();
2250
2251         /* Discard memblock private memory */
2252         memblock_discard();
2253
2254         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2255                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2256
2257         for_each_populated_zone(zone)
2258                 set_zone_contiguous(zone);
2259 }
2260
2261 #ifdef CONFIG_CMA
2262 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2263 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2264 {
2265         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2266         struct page *p = page;
2267
2268         do {
2269                 __ClearPageReserved(p);
2270                 set_page_count(p, 0);
2271         } while (++p, --i);
2272
2273         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2274
2275         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2276                 i = pageblock_nr_pages;
2277                 p = page;
2278                 do {
2279                         set_page_refcounted(p);
2280                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2281                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2282                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2283         } else {
2284                 set_page_refcounted(page);
2285                 __free_pages(page, pageblock_order);
2286         }
2287
2288         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2289         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2290 }
2291 #endif
2292
2293 /*
2294  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2295  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2296  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2297  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2298  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2299  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2300  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2301  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2302  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2303  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2304  *
2305  * -- nyc
2306  */
2307 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2308         int low, int high, int migratetype)
2309 {
2310         unsigned long size = 1 << high;
2311
2312         while (high > low) {
2313                 high--;
2314                 size >>= 1;
2315                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2316
2317                 /*
2318                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2319                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2320                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2321                  * pages will stay not present in virtual address space
2322                  */
2323                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2324                         continue;
2325
2326                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2327                 set_buddy_order(&page[size], high);
2328         }
2329 }
2330
2331 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2332 {
2333         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2334                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2335                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2336                 return;
2337         }
2338
2339         bad_page(page,
2340                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2341 }
2342
2343 /*
2344  * This page is about to be returned from the page allocator
2345  */
2346 static inline int check_new_page(struct page *page)
2347 {
2348         if (likely(page_expected_state(page,
2349                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2350                 return 0;
2351
2352         check_new_page_bad(page);
2353         return 1;
2354 }
2355
2356 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2357 /*
2358  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2359  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2360  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2361  */
2362 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2363 {
2364         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2365                 return check_new_page(page);
2366         else
2367                 return false;
2368 }
2369
2370 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2371 {
2372         return check_new_page(page);
2373 }
2374 #else
2375 /*
2376  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2377  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2378  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2379  */
2380 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2381 {
2382         return check_new_page(page);
2383 }
2384 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2385 {
2386         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2387                 return check_new_page(page);
2388         else
2389                 return false;
2390 }
2391 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2392
2393 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2394 {
2395         int i;
2396         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2397                 struct page *p = page + i;
2398
2399                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2400                         return true;
2401         }
2402
2403         return false;
2404 }
2405
2406 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2407                                 gfp_t gfp_flags)
2408 {
2409         set_page_private(page, 0);
2410         set_page_refcounted(page);
2411
2412         arch_alloc_page(page, order);
2413         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2414
2415         /*
2416          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2417          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2418          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2419          */
2420         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2421
2422         /*
2423          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2424          * kasan_alloc_pages and kernel_init_free_pages must be
2425          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2426          */
2427         if (kasan_has_integrated_init()) {
2428                 kasan_alloc_pages(page, order, gfp_flags);
2429         } else {
2430                 bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags);
2431
2432                 kasan_unpoison_pages(page, order, init);
2433                 if (init)
2434                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order,
2435                                                gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
2436         }
2437
2438         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2439 }
2440
2441 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2442                                                         unsigned int alloc_flags)
2443 {
2444         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2445
2446         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2447                 prep_compound_page(page, order);
2448
2449         /*
2450          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2451          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2452          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2453          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2454          */
2455         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2456                 set_page_pfmemalloc(page);
2457         else
2458                 clear_page_pfmemalloc(page);
2459 }
2460
2461 /*
2462  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2463  * the smallest available page from the freelists
2464  */
2465 static __always_inline
2466 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2467                                                 int migratetype)
2468 {
2469         unsigned int current_order;
2470         struct free_area *area;
2471         struct page *page;
2472
2473         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2474         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2475                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2476                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2477                 if (!page)
2478                         continue;
2479                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2480                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2481                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2482                 return page;
2483         }
2484
2485         return NULL;
2486 }
2487
2488
2489 /*
2490  * This array describes the order lists are fallen back to when
2491  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2492  */
2493 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2494         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2495         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2496         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2497 #ifdef CONFIG_CMA
2498         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2499 #endif
2500 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2501         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2502 #endif
2503 };
2504
2505 #ifdef CONFIG_CMA
2506 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2507                                         unsigned int order)
2508 {
2509         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2510 }
2511 #else
2512 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2513                                         unsigned int order) { return NULL; }
2514 #endif
2515
2516 /*
2517  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2518  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2519  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2520  */
2521 static int move_freepages(struct zone *zone,
2522                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2523                           int migratetype, int *num_movable)
2524 {
2525         struct page *page;
2526         unsigned long pfn;
2527         unsigned int order;
2528         int pages_moved = 0;
2529
2530         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2531                 if (!pfn_valid_within(pfn)) {
2532                         pfn++;
2533                         continue;
2534                 }
2535
2536                 page = pfn_to_page(pfn);
2537                 if (!PageBuddy(page)) {
2538                         /*
2539                          * We assume that pages that could be isolated for
2540                          * migration are movable. But we don't actually try
2541                          * isolating, as that would be expensive.
2542                          */
2543                         if (num_movable &&
2544                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2545                                 (*num_movable)++;
2546                         pfn++;
2547                         continue;
2548                 }
2549
2550                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2551                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2552                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2553
2554                 order = buddy_order(page);
2555                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2556                 pfn += 1 << order;
2557                 pages_moved += 1 << order;
2558         }
2559
2560         return pages_moved;
2561 }
2562
2563 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2564                                 int migratetype, int *num_movable)
2565 {
2566         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2567
2568         if (num_movable)
2569                 *num_movable = 0;
2570
2571         pfn = page_to_pfn(page);
2572         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2573         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2574
2575         /* Do not cross zone boundaries */
2576         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2577                 start_pfn = pfn;
2578         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2579                 return 0;
2580
2581         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2582                                                                 num_movable);
2583 }
2584
2585 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2586                                         int start_order, int migratetype)
2587 {
2588         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2589
2590         while (nr_pageblocks--) {
2591                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2592                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2593         }
2594 }
2595
2596 /*
2597  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2598  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2599  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2600  *
2601  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2602  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2603  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2604  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2605  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2606  * pageblocks.
2607  */
2608 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2609 {
2610         /*
2611          * Leaving this order check is intended, although there is
2612          * relaxed order check in next check. The reason is that
2613          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2614          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2615          * so could be changed anytime.
2616          */
2617         if (order >= pageblock_order)
2618                 return true;
2619
2620         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2621                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2622                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2623                 page_group_by_mobility_disabled)
2624                 return true;
2625
2626         return false;
2627 }
2628
2629 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2630 {
2631         unsigned long max_boost;
2632
2633         if (!watermark_boost_factor)
2634                 return false;
2635         /*
2636          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2637          * On small machines, including kdump capture kernels running
2638          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2639          * memory situation immediately.
2640          */
2641         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2642                 return false;
2643
2644         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2645                         watermark_boost_factor, 10000);
2646
2647         /*
2648          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2649          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2650          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2651          * allocations that early means that reclaim is not going
2652          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2653          * boosted watermark resulting in a hang.
2654          */
2655         if (!max_boost)
2656                 return false;
2657
2658         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2659
2660         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2661                 max_boost);
2662
2663         return true;
2664 }
2665
2666 /*
2667  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2668  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2669  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2670  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2671  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2672  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2673  */
2674 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2675                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2676 {
2677         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2678         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2679         int old_block_type;
2680
2681         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2682
2683         /*
2684          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2685          * highatomic accounting.
2686          */
2687         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2688                 goto single_page;
2689
2690         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2691         if (current_order >= pageblock_order) {
2692                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2693                 goto single_page;
2694         }
2695
2696         /*
2697          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2698          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2699          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2700          */
2701         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2702                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2703
2704         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2705         if (!whole_block)
2706                 goto single_page;
2707
2708         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2709                                                 &movable_pages);
2710         /*
2711          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2712          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2713          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2714          */
2715         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2716                 alike_pages = movable_pages;
2717         } else {
2718                 /*
2719                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2720                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2721                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2722                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2723                  * exact migratetype of non-movable pages.
2724                  */
2725                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2726                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2727                                                 - (free_pages + movable_pages);
2728                 else
2729                         alike_pages = 0;
2730         }
2731
2732         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2733         if (!free_pages)
2734                 goto single_page;
2735
2736         /*
2737          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2738          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2739          */
2740         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2741                         page_group_by_mobility_disabled)
2742                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2743
2744         return;
2745
2746 single_page:
2747         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2748 }
2749
2750 /*
2751  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2752  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2753  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2754  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2755  */
2756 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2757                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2758 {
2759         int i;
2760         int fallback_mt;
2761
2762         if (area->nr_free == 0)
2763                 return -1;
2764
2765         *can_steal = false;
2766         for (i = 0;; i++) {
2767                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2768                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2769                         break;
2770
2771                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2772                         continue;
2773
2774                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2775                         *can_steal = true;
2776
2777                 if (!only_stealable)
2778                         return fallback_mt;
2779
2780                 if (*can_steal)
2781                         return fallback_mt;
2782         }
2783
2784         return -1;
2785 }
2786
2787 /*
2788  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2789  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2790  */
2791 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2792                                 unsigned int alloc_order)
2793 {
2794         int mt;
2795         unsigned long max_managed, flags;
2796
2797         /*
2798          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2799          * Check is race-prone but harmless.
2800          */
2801         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2802         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2803                 return;
2804
2805         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2806
2807         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2808         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2809                 goto out_unlock;
2810
2811         /* Yoink! */
2812         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2813         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2814             && !is_migrate_cma(mt)) {
2815                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2816                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2817                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2818         }
2819
2820 out_unlock:
2821         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2822 }
2823
2824 /*
2825  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2826  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2827  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2828  * to recover from than an OOM.
2829  *
2830  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2831  * pageblock is exhausted.
2832  */
2833 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2834                                                 bool force)
2835 {
2836         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2837         unsigned long flags;
2838         struct zoneref *z;
2839         struct zone *zone;
2840         struct page *page;
2841         int order;
2842         bool ret;
2843
2844         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2845                                                                 ac->nodemask) {
2846                 /*
2847                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2848                  * is really high.
2849                  */
2850                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2851                                         pageblock_nr_pages)
2852                         continue;
2853
2854                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2855                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2856                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2857
2858                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2859                         if (!page)
2860                                 continue;
2861
2862                         /*
2863                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2864                          * we can counter several free pages in a pageblock
2865                          * in this loop although we changed the pageblock type
2866                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2867                          * adjust the count once.
2868                          */
2869                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2870                                 /*
2871                                  * It should never happen but changes to
2872                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2873                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2874                                  * while unreserving so be safe and watch for
2875                                  * underflows.
2876                                  */
2877                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2878                                                 pageblock_nr_pages,
2879                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2880                         }
2881
2882                         /*
2883                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2884                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2885                          * is doing the work and needs the pages. More
2886                          * importantly, if the block was always converted to
2887                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2888                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2889                          * may increase.
2890                          */
2891                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2892                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2893                                                                         NULL);
2894                         if (ret) {
2895                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2896                                 return ret;
2897                         }
2898                 }
2899                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2900         }
2901
2902         return false;
2903 }
2904
2905 /*
2906  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2907  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2908  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2909  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2910  *
2911  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2912  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2913  * condition simpler.
2914  */
2915 static __always_inline bool
2916 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2917                                                 unsigned int alloc_flags)
2918 {
2919         struct free_area *area;
2920         int current_order;
2921         int min_order = order;
2922         struct page *page;
2923         int fallback_mt;
2924         bool can_steal;
2925
2926         /*
2927          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2928          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2929          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2930          */
2931         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2932                 min_order = pageblock_order;
2933
2934         /*
2935          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2936          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2937          * would be too costly to do exactly.
2938          */
2939         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2940                                 --current_order) {
2941                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2942                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2943                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2944                 if (fallback_mt == -1)
2945                         continue;
2946
2947                 /*
2948                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2949                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2950                  * steal and split the smallest available page instead of the
2951                  * largest available page, because even if the next movable
2952                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2953                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2954                  */
2955                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2956                                         && current_order > order)
2957                         goto find_smallest;
2958
2959                 goto do_steal;
2960         }
2961
2962         return false;
2963
2964 find_smallest:
2965         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2966                                                         current_order++) {
2967                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2968                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2969                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2970                 if (fallback_mt != -1)
2971                         break;
2972         }
2973
2974         /*
2975          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2976          * when looking for the largest page.
2977          */
2978         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2979
2980 do_steal:
2981         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2982
2983         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2984                                                                 can_steal);
2985
2986         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2987                 start_migratetype, fallback_mt);
2988
2989         return true;
2990
2991 }
2992
2993 /*
2994  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2995  * Call me with the zone->lock already held.
2996  */
2997 static __always_inline struct page *
2998 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2999                                                 unsigned int alloc_flags)
3000 {
3001         struct page *page;
3002
3003         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
3004                 /*
3005                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
3006                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
3007                  * is in the CMA area.
3008                  */
3009                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
3010                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
3011                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
3012                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3013                         if (page)
3014                                 goto out;
3015                 }
3016         }
3017 retry:
3018         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
3019         if (unlikely(!page)) {
3020                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
3021                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3022
3023                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
3024                                                                 alloc_flags))
3025                         goto retry;
3026         }
3027 out:
3028         if (page)
3029                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3030         return page;
3031 }
3032
3033 /*
3034  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
3035  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
3036  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
3037  */
3038 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
3039                         unsigned long count, struct list_head *list,
3040                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3041 {
3042         int i, allocated = 0;
3043
3044         /*
3045          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
3046          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
3047          */
3048         spin_lock(&zone->lock);
3049         for (i = 0; i < count; ++i) {
3050                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
3051                                                                 alloc_flags);
3052                 if (unlikely(page == NULL))
3053                         break;
3054
3055                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
3056                         continue;
3057
3058                 /*
3059                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
3060                  * physical page order. The page is added to the tail of
3061                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
3062                  * is ordered by page number under some conditions. This is
3063                  * useful for IO devices that can forward direction from the
3064                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
3065                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
3066                  * pages are ordered properly.
3067                  */
3068                 list_add_tail(&page->lru, list);
3069                 allocated++;
3070                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3071                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3072                                               -(1 << order));
3073         }
3074
3075         /*
3076          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3077          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3078          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3079          * pages added to the pcp list.
3080          */
3081         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3082         spin_unlock(&zone->lock);
3083         return allocated;
3084 }
3085
3086 #ifdef CONFIG_NUMA
3087 /*
3088  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3089  * currently executing processor on remote nodes after they have
3090  * expired.
3091  *
3092  * Note that this function must be called with the thread pinned to
3093  * a single processor.
3094  */
3095 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3096 {
3097         unsigned long flags;
3098         int to_drain, batch;
3099
3100         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3101         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3102         to_drain = min(pcp->count, batch);
3103         if (to_drain > 0)
3104                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
3105         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3106 }
3107 #endif
3108
3109 /*
3110  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3111  *
3112  * The processor must either be the current processor and the
3113  * thread pinned to the current processor or a processor that
3114  * is not online.
3115  */
3116 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3117 {
3118         unsigned long flags;
3119         struct per_cpu_pages *pcp;
3120
3121         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3122
3123         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3124         if (pcp->count)
3125                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
3126
3127         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3128 }
3129
3130 /*
3131  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3132  *
3133  * The processor must either be the current processor and the
3134  * thread pinned to the current processor or a processor that
3135  * is not online.
3136  */
3137 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3138 {
3139         struct zone *zone;
3140
3141         for_each_populated_zone(zone) {
3142                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3143         }
3144 }
3145
3146 /*
3147  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3148  *
3149  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3150  * the single zone's pages.
3151  */
3152 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3153 {
3154         int cpu = smp_processor_id();
3155
3156         if (zone)
3157                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3158         else
3159                 drain_pages(cpu);
3160 }
3161
3162 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3163 {
3164         struct pcpu_drain *drain;
3165
3166         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3167
3168         /*
3169          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3170          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3171          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3172          * cpu which is alright but we also have to make sure to not move to
3173          * a different one.
3174          */
3175         preempt_disable();
3176         drain_local_pages(drain->zone);
3177         preempt_enable();
3178 }
3179
3180 /*
3181  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3182  * drain on all cpus.
3183  *
3184  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3185  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3186  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3187  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3188  * optimizing racy check.
3189  */
3190 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3191 {
3192         int cpu;
3193
3194         /*
3195          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
3196          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3197          */
3198         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3199
3200         /*
3201          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3202          * initialized.
3203          */
3204         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3205                 return;
3206
3207         /*
3208          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3209          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3210          * the drain to be complete when the call returns.
3211          */
3212         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3213                 if (!zone)
3214                         return;
3215                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3216         }
3217
3218         /*
3219          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3220          * as offline notification will cause the notified
3221          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3222          * disables preemption as part of its processing
3223          */
3224         for_each_online_cpu(cpu) {
3225                 struct per_cpu_pages *pcp;
3226                 struct zone *z;
3227                 bool has_pcps = false;
3228
3229                 if (force_all_cpus) {
3230                         /*
3231                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3232                          * guarantee that no cpu is missed.
3233                          */
3234                         has_pcps = true;
3235                 } else if (zone) {
3236                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3237                         if (pcp->count)
3238                                 has_pcps = true;
3239                 } else {
3240                         for_each_populated_zone(z) {
3241                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3242                                 if (pcp->count) {
3243                                         has_pcps = true;
3244                                         break;
3245                                 }
3246                         }
3247                 }
3248
3249                 if (has_pcps)
3250                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3251                 else
3252                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3253         }
3254
3255         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3256                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3257
3258                 drain->zone = zone;
3259                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3260                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3261         }
3262         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3263                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3264
3265         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3266 }
3267
3268 /*
3269  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3270  *
3271  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3272  *
3273  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3274  */
3275 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3276 {
3277         __drain_all_pages(zone, false);
3278 }
3279
3280 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3281
3282 /*
3283  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3284  */
3285 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3286
3287 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3288 {
3289         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3290         unsigned long flags;
3291         unsigned int order, t;
3292         struct page *page;
3293
3294         if (zone_is_empty(zone))
3295                 return;
3296
3297         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3298
3299         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3300         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3301                 if (pfn_valid(pfn)) {
3302                         page = pfn_to_page(pfn);
3303
3304                         if (!--page_count) {
3305                                 touch_nmi_watchdog();
3306                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3307                         }
3308
3309                         if (page_zone(page) != zone)
3310                                 continue;
3311
3312                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3313                                 swsusp_unset_page_free(page);
3314                 }
3315
3316         for_each_migratetype_order(order, t) {
3317                 list_for_each_entry(page,
3318                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3319                         unsigned long i;
3320
3321                         pfn = page_to_pfn(page);
3322                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3323                                 if (!--page_count) {
3324                                         touch_nmi_watchdog();
3325                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3326                                 }
3327                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3328                         }
3329                 }
3330         }
3331         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3332 }
3333 #endif /* CONFIG_PM */
3334
3335 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3336                                                         unsigned int order)
3337 {
3338         int migratetype;
3339
3340         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3341                 return false;
3342
3343         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3344         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3345         return true;
3346 }
3347
3348 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch)
3349 {
3350         int min_nr_free, max_nr_free;
3351
3352         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3353         if (unlikely(high < batch))
3354                 return 1;
3355
3356         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3357         min_nr_free = batch;
3358         max_nr_free = high - batch;
3359
3360         /*
3361          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3362          * freeing of pages without any allocation.
3363          */
3364         batch <<= pcp->free_factor;
3365         if (batch < max_nr_free)
3366                 pcp->free_factor++;
3367         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3368
3369         return batch;
3370 }
3371
3372 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone)
3373 {
3374         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3375
3376         if (unlikely(!high))
3377                 return 0;
3378
3379         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3380                 return high;
3381
3382         /*
3383          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3384          * stored on pcp lists
3385          */
3386         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3387 }
3388
3389 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn,
3390                                    int migratetype, unsigned int order)
3391 {
3392         struct zone *zone = page_zone(page);
3393         struct per_cpu_pages *pcp;
3394         int high;
3395         int pindex;
3396
3397         __count_vm_event(PGFREE);
3398         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3399         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3400         list_add(&page->lru, &pcp->lists[pindex]);
3401         pcp->count += 1 << order;
3402         high = nr_pcp_high(pcp, zone);
3403         if (pcp->count >= high) {
3404                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3405
3406                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch), pcp);
3407         }
3408 }
3409
3410 /*
3411  * Free a pcp page
3412  */
3413 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3414 {
3415         unsigned long flags;
3416         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3417         int migratetype;
3418
3419         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3420                 return;
3421
3422         /*
3423          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3424          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3425          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3426          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3427          * excessively into the page allocator
3428          */
3429         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3430         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3431                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3432                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3433                         return;
3434                 }
3435                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3436         }
3437
3438         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3439         free_unref_page_commit(page, pfn, migratetype, order);
3440         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3441 }
3442
3443 /*
3444  * Free a list of 0-order pages
3445  */
3446 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3447 {
3448         struct page *page, *next;
3449         unsigned long flags, pfn;
3450         int batch_count = 0;
3451         int migratetype;
3452
3453         /* Prepare pages for freeing */
3454         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3455                 pfn = page_to_pfn(page);
3456                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0))
3457                         list_del(&page->lru);
3458
3459                 /*
3460                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3461                  * comment in free_unref_page.
3462                  */
3463                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3464                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3465                         if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3466                                 list_del(&page->lru);
3467                                 free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0,
3468                                                         migratetype, FPI_NONE);
3469                                 continue;
3470                         }
3471
3472                         /*
3473                          * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3474                          * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3475                          */
3476                         set_pcppage_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
3477                 }
3478
3479                 set_page_private(page, pfn);
3480         }
3481
3482         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3483         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3484                 pfn = page_private(page);
3485                 set_page_private(page, 0);
3486                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3487                 trace_mm_page_free_batched(page);
3488                 free_unref_page_commit(page, pfn, migratetype, 0);
3489
3490                 /*
3491                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3492                  * a large list of pages to free.
3493                  */
3494                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3495                         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3496                         batch_count = 0;
3497                         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3498                 }
3499         }
3500         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3501 }
3502
3503 /*
3504  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3505  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3506  * Each sub-page must be freed individually.
3507  *
3508  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3509  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3510  */
3511 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3512 {
3513         int i;
3514
3515         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3516         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3517
3518         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3519                 set_page_refcounted(page + i);
3520         split_page_owner(page, 1 << order);
3521         split_page_memcg(page, 1 << order);
3522 }
3523 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3524
3525 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3526 {
3527         unsigned long watermark;
3528         struct zone *zone;
3529         int mt;
3530
3531         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3532
3533         zone = page_zone(page);
3534         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3535
3536         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3537                 /*
3538                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3539                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3540                  * watermark, because we already know our high-order page
3541                  * exists.
3542                  */
3543                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3544                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3545                         return 0;
3546
3547                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3548         }
3549
3550         /* Remove page from free list */
3551
3552         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3553
3554         /*
3555          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3556          * pageblock
3557          */
3558         if (order >= pageblock_order - 1) {
3559                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3560                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3561                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3562                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3563                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3564                                 set_pageblock_migratetype(page,
3565                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3566                 }
3567         }
3568
3569
3570         return 1UL << order;
3571 }
3572
3573 /**
3574  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3575  * @page: Page that was isolated
3576  * @order: Order of the isolated page
3577  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3578  *
3579  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3580  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3581  */
3582 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3583 {
3584         struct zone *zone = page_zone(page);
3585
3586         /* zone lock should be held when this function is called */
3587         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3588
3589         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3590         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3591                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3592 }
3593
3594 /*
3595  * Update NUMA hit/miss statistics
3596  *
3597  * Must be called with interrupts disabled.
3598  */
3599 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3600                                    long nr_account)
3601 {
3602 #ifdef CONFIG_NUMA
3603         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3604
3605         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3606         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3607                 return;
3608
3609         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3610                 local_stat = NUMA_OTHER;
3611
3612         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3613                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3614         else {
3615                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3616                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3617         }
3618         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3619 #endif
3620 }
3621
3622 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3623 static inline
3624 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3625                         int migratetype,
3626                         unsigned int alloc_flags,
3627                         struct per_cpu_pages *pcp,
3628                         struct list_head *list)
3629 {
3630         struct page *page;
3631
3632         do {
3633                 if (list_empty(list)) {
3634                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3635                         int alloced;
3636
3637                         /*
3638                          * Scale batch relative to order if batch implies
3639                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3640                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3641                          * should never store free pages as the pages may
3642                          * belong to arbitrary zones.
3643                          */
3644                         if (batch > 1)
3645                                 batch = max(batch >> order, 2);
3646                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3647                                         batch, list,
3648                                         migratetype, alloc_flags);
3649
3650                         pcp->count += alloced << order;
3651                         if (unlikely(list_empty(list)))
3652                                 return NULL;
3653                 }
3654
3655                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3656                 list_del(&page->lru);
3657                 pcp->count -= 1 << order;
3658         } while (check_new_pcp(page));
3659
3660         return page;
3661 }
3662
3663 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3664 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3665                         struct zone *zone, unsigned int order,
3666                         gfp_t gfp_flags, int migratetype,
3667                         unsigned int alloc_flags)
3668 {
3669         struct per_cpu_pages *pcp;
3670         struct list_head *list;
3671         struct page *page;
3672         unsigned long flags;
3673
3674         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3675
3676         /*
3677          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3678          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3679          * frees.
3680          */
3681         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3682         pcp->free_factor >>= 1;
3683         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3684         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3685         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3686         if (page) {
3687                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3688                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3689         }
3690         return page;
3691 }
3692
3693 /*
3694  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3695  */
3696 static inline
3697 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3698                         struct zone *zone, unsigned int order,
3699                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3700                         int migratetype)
3701 {
3702         unsigned long flags;
3703         struct page *page;
3704
3705         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3706                 /*
3707                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3708                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3709                  */
3710                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3711                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3712                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3713                                         gfp_flags, migratetype, alloc_flags);
3714                         goto out;
3715                 }
3716         }
3717
3718         /*
3719          * We most definitely don't want callers attempting to
3720          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3721          */
3722         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3723         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3724
3725         do {
3726                 page = NULL;
3727                 /*
3728                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3729                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3730                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3731                  * request should skip it.
3732                  */
3733                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3734                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3735                         if (page)
3736                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3737                 }
3738                 if (!page)
3739                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3740         } while (page && check_new_pages(page, order));
3741         if (!page)
3742                 goto failed;
3743
3744         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3745                                   get_pcppage_migratetype(page));
3746         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3747
3748         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3749         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3750
3751 out:
3752         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3753         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3754                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3755                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3756         }
3757
3758         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3759         return page;
3760
3761 failed:
3762         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3763         return NULL;
3764 }
3765
3766 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3767
3768 static struct {
3769         struct fault_attr attr;
3770
3771         bool ignore_gfp_highmem;
3772         bool ignore_gfp_reclaim;
3773         u32 min_order;
3774 } fail_page_alloc = {
3775         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3776         .ignore_gfp_reclaim = true,
3777         .ignore_gfp_highmem = true,
3778         .min_order = 1,
3779 };
3780
3781 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3782 {
3783         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3784 }
3785 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3786
3787 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3788 {
3789         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3790                 return false;
3791         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3792                 return false;
3793         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3794                 return false;
3795         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3796                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3797                 return false;
3798
3799         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3800 }
3801
3802 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3803
3804 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3805 {
3806         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3807         struct dentry *dir;
3808
3809         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3810                                         &fail_page_alloc.attr);
3811
3812         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3813                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3814         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3815                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3816         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3817
3818         return 0;
3819 }
3820
3821 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3822
3823 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3824
3825 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3826
3827 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3828 {
3829         return false;
3830 }
3831
3832 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3833
3834 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3835 {
3836         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3837 }
3838 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3839
3840 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3841                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3842 {
3843         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3844         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3845
3846         /*
3847          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3848          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3849          * atomic reserve but it avoids a search.
3850          */
3851         if (likely(!alloc_harder))
3852                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3853
3854 #ifdef CONFIG_CMA
3855         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3856         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3857                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3858 #endif
3859
3860         return unusable_free;
3861 }
3862
3863 /*
3864  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3865  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3866  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3867  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3868  */
3869 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3870                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3871                          long free_pages)
3872 {
3873         long min = mark;
3874         int o;
3875         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3876
3877         /* free_pages may go negative - that's OK */
3878         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3879
3880         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3881                 min -= min / 2;
3882
3883         if (unlikely(alloc_harder)) {
3884                 /*
3885                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3886                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3887                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3888                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3889                  */
3890                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3891                         min -= min / 2;
3892                 else
3893                         min -= min / 4;
3894         }
3895
3896         /*
3897          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3898          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3899          * even if a suitable page happened to be free.
3900          */
3901         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3902                 return false;
3903
3904         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3905         if (!order)
3906                 return true;
3907
3908         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3909         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3910                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3911                 int mt;
3912
3913                 if (!area->nr_free)
3914                         continue;
3915
3916                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3917                         if (!free_area_empty(area, mt))
3918                                 return true;
3919                 }
3920
3921 #ifdef CONFIG_CMA
3922                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3923                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3924                         return true;
3925                 }
3926 #endif
3927                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3928                         return true;
3929         }
3930         return false;
3931 }
3932
3933 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3934                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3935 {
3936         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3937                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3938 }
3939
3940 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3941                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3942                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3943 {
3944         long free_pages;
3945
3946         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3947
3948         /*
3949          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3950          * need to be calculated.
3951          */
3952         if (!order) {
3953                 long fast_free;
3954
3955                 fast_free = free_pages;
3956                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3957                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3958                         return true;
3959         }
3960
3961         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3962                                         free_pages))
3963                 return true;
3964         /*
3965          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3966          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3967          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3968          * when below the low watermark.
3969          */
3970         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3971                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3972                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3973                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3974                                         alloc_flags, free_pages);
3975         }
3976
3977         return false;
3978 }
3979
3980 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3981                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3982 {
3983         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3984
3985         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3986                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3987
3988         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3989                                                                 free_pages);
3990 }
3991
3992 #ifdef CONFIG_NUMA
3993 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3994 {
3995         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3996                                 node_reclaim_distance;
3997 }
3998 #else   /* CONFIG_NUMA */
3999 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
4000 {
4001         return true;
4002 }
4003 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4004
4005 /*
4006  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
4007  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
4008  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
4009  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
4010  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
4011  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
4012  */
4013 static inline unsigned int
4014 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
4015 {
4016         unsigned int alloc_flags;
4017
4018         /*
4019          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4020          * to save a branch.
4021          */
4022         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
4023
4024 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
4025         if (!zone)
4026                 return alloc_flags;
4027
4028         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
4029                 return alloc_flags;
4030
4031         /*
4032          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
4033          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
4034          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
4035          */
4036         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
4037         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
4038                 return alloc_flags;
4039
4040         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
4041 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
4042         return alloc_flags;
4043 }
4044
4045 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
4046 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
4047                                                   unsigned int alloc_flags)
4048 {
4049 #ifdef CONFIG_CMA
4050         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4051                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4052 #endif
4053         return alloc_flags;
4054 }
4055
4056 /*
4057  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4058  * a page.
4059  */
4060 static struct page *
4061 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4062                                                 const struct alloc_context *ac)
4063 {
4064         struct zoneref *z;
4065         struct zone *zone;
4066         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
4067         bool no_fallback;
4068
4069 retry:
4070         /*
4071          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4072          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
4073          */
4074         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4075         z = ac->preferred_zoneref;
4076         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4077                                         ac->nodemask) {
4078                 struct page *page;
4079                 unsigned long mark;
4080
4081                 if (cpusets_enabled() &&
4082                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4083                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4084                                 continue;
4085                 /*
4086                  * When allocating a page cache page for writing, we
4087                  * want to get it from a node that is within its dirty
4088                  * limit, such that no single node holds more than its
4089                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4090                  * The dirty limits take into account the node's
4091                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4092                  * should be able to balance it without having to
4093                  * write pages from its LRU list.
4094                  *
4095                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4096                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4097                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4098                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4099                  * nodes are together not big enough to reach the
4100                  * global limit.  The proper fix for these situations
4101                  * will require awareness of nodes in the
4102                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4103                  */
4104                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4105                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
4106                                 continue;
4107
4108                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
4109                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
4110                                 continue;
4111                         }
4112                 }
4113
4114                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4115                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4116                         int local_nid;
4117
4118                         /*
4119                          * If moving to a remote node, retry but allow
4120                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4121                          * than fragmentation avoidance.
4122                          */
4123                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4124                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4125                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4126                                 goto retry;
4127                         }
4128                 }
4129
4130                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4131                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4132                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4133                                        gfp_mask)) {
4134                         int ret;
4135
4136 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4137                         /*
4138                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4139                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4140                          */
4141                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4142                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4143                                         goto try_this_zone;
4144                         }
4145 #endif
4146                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4147                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4148                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4149                                 goto try_this_zone;
4150
4151                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4152                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4153                                 continue;
4154
4155                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4156                         switch (ret) {
4157                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4158                                 /* did not scan */
4159                                 continue;
4160                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4161                                 /* scanned but unreclaimable */
4162                                 continue;
4163                         default:
4164                                 /* did we reclaim enough */
4165                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4166                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4167                                         goto try_this_zone;
4168
4169                                 continue;
4170                         }
4171                 }
4172
4173 try_this_zone:
4174                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4175                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4176                 if (page) {
4177                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4178
4179                         /*
4180                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4181                          * if the pageblock should be reserved for the future
4182                          */
4183                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4184                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4185
4186                         return page;
4187                 } else {
4188 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4189                         /* Try again if zone has deferred pages */
4190                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4191                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4192                                         goto try_this_zone;
4193                         }
4194 #endif
4195                 }
4196         }
4197
4198         /*
4199          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4200          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4201          */
4202         if (no_fallback) {
4203                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4204                 goto retry;
4205         }
4206
4207         return NULL;
4208 }
4209
4210 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4211 {
4212         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4213
4214         /*
4215          * This documents exceptions given to allocations in certain
4216          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4217          * of allowed nodes.
4218          */
4219         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4220                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4221                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4222                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4223         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4224                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4225
4226         show_mem(filter, nodemask);
4227 }
4228
4229 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4230 {
4231         struct va_format vaf;
4232         va_list args;
4233         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4234
4235         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
4236                 return;
4237
4238         va_start(args, fmt);
4239         vaf.fmt = fmt;
4240         vaf.va = &args;
4241         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4242                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4243                         nodemask_pr_args(nodemask));
4244         va_end(args);
4245
4246         cpuset_print_current_mems_allowed();
4247         pr_cont("\n");
4248         dump_stack();
4249         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4250 }
4251
4252 static inline struct page *
4253 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4254                               unsigned int alloc_flags,
4255                               const struct alloc_context *ac)
4256 {
4257         struct page *page;
4258
4259         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4260                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4261         /*
4262          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4263          * are depleted
4264          */
4265         if (!page)
4266                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4267                                 alloc_flags, ac);
4268
4269         return page;
4270 }
4271
4272 static inline struct page *
4273 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4274         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4275 {
4276         struct oom_control oc = {
4277                 .zonelist = ac->zonelist,
4278                 .nodemask = ac->nodemask,
4279                 .memcg = NULL,
4280                 .gfp_mask = gfp_mask,
4281                 .order = order,
4282         };
4283         struct page *page;
4284
4285         *did_some_progress = 0;
4286
4287         /*
4288          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4289          * making progress for us.
4290          */
4291         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4292                 *did_some_progress = 1;
4293                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4294                 return NULL;
4295         }
4296
4297         /*
4298          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4299          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4300          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4301          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4302          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4303          */
4304         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4305                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4306                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4307         if (page)
4308                 goto out;
4309
4310         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4311         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4312                 goto out;
4313         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4314         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4315                 goto out;
4316         /*
4317          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4318          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4319          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4320          * fallback than shooting a random task.
4321          *
4322          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4323          */
4324         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4325                 goto out;
4326         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4327         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4328                 goto out;
4329         if (pm_suspended_storage())
4330                 goto out;
4331         /*
4332          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4333          * other request to make a forward progress.
4334          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4335          * do much for this context but let's try it to at least get
4336          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4337          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4338          * failures more gracefully we should just bail out here.
4339          */
4340
4341         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4342         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4343                 *did_some_progress = 1;
4344
4345                 /*
4346                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4347                  * reserves
4348                  */
4349                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4350                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4351                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4352         }
4353 out:
4354         mutex_unlock(&oom_lock);
4355         return page;
4356 }
4357
4358 /*
4359  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4360  * killer is consider as the only way to move forward.
4361  */
4362 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4363
4364 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4365 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4366 static struct page *
4367 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4368                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4369                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4370 {
4371         struct page *page = NULL;
4372         unsigned long pflags;
4373         unsigned int noreclaim_flag;
4374
4375         if (!order)
4376                 return NULL;
4377
4378         psi_memstall_enter(&pflags);
4379         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4380
4381         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4382                                                                 prio, &page);
4383
4384         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4385         psi_memstall_leave(&pflags);
4386
4387         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4388                 return NULL;
4389         /*
4390          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4391          * count a compaction stall
4392          */
4393         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4394
4395         /* Prep a captured page if available */
4396         if (page)
4397                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4398
4399         /* Try get a page from the freelist if available */
4400         if (!page)
4401                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4402
4403         if (page) {
4404                 struct zone *zone = page_zone(page);
4405
4406                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4407                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4408                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4409                 return page;
4410         }
4411
4412         /*
4413          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4414          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4415          */
4416         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4417
4418         cond_resched();
4419
4420         return NULL;
4421 }
4422
4423 static inline bool
4424 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4425                      enum compact_result compact_result,
4426                      enum compact_priority *compact_priority,
4427                      int *compaction_retries)
4428 {
4429         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4430         int min_priority;
4431         bool ret = false;
4432         int retries = *compaction_retries;
4433         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4434
4435         if (!order)
4436                 return false;
4437
4438         if (fatal_signal_pending(current))
4439                 return false;
4440
4441         if (compaction_made_progress(compact_result))
4442                 (*compaction_retries)++;
4443
4444         /*
4445          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4446          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4447          * failure could be caused by insufficient priority
4448          */
4449         if (compaction_failed(compact_result))
4450                 goto check_priority;
4451
4452         /*
4453          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4454          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4455          */
4456         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4457                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4458                 goto out;
4459         }
4460
4461         /*
4462          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4463          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4464          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4465          * we don't just keep bailing out endlessly.
4466          */
4467         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4468                 goto check_priority;
4469         }
4470
4471         /*
4472          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4473          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4474          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4475          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4476          * would need much more detailed feedback from compaction to
4477          * make a better decision.
4478          */
4479         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4480                 max_retries /= 4;
4481         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4482                 ret = true;
4483                 goto out;
4484         }
4485
4486         /*
4487          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4488          * all retries or failed at the lower priorities.
4489          */
4490 check_priority:
4491         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4492                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4493
4494         if (*compact_priority > min_priority) {
4495                 (*compact_priority)--;
4496                 *compaction_retries = 0;
4497                 ret = true;
4498         }
4499 out:
4500         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4501         return ret;
4502 }
4503 #else
4504 static inline struct page *
4505 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4506                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4507                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4508 {
4509         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4510         return NULL;
4511 }
4512
4513 static inline bool
4514 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4515                      enum compact_result compact_result,
4516                      enum compact_priority *compact_priority,
4517                      int *compaction_retries)
4518 {
4519         struct zone *zone;
4520         struct zoneref *z;
4521
4522         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4523                 return false;
4524
4525         /*
4526          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4527          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4528          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4529          * watermarks are OK.
4530          */
4531         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4532                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4533                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4534                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4535                         return true;
4536         }
4537         return false;
4538 }
4539 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4540
4541 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4542 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4543         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4544
4545 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4546 {
4547         /* no reclaim without waiting on it */
4548         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4549                 return false;
4550
4551         /* this guy won't enter reclaim */
4552         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4553                 return false;
4554
4555         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4556                 return false;
4557
4558         return true;
4559 }
4560
4561 void __fs_reclaim_acquire(void)
4562 {
4563         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4564 }
4565
4566 void __fs_reclaim_release(void)
4567 {
4568         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4569 }
4570
4571 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4572 {
4573         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4574
4575         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4576                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4577                         __fs_reclaim_acquire();
4578
4579 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4580                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4581                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4582 #endif
4583
4584         }
4585 }
4586 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4587
4588 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4589 {
4590         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4591
4592         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4593                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4594                         __fs_reclaim_release();
4595         }
4596 }
4597 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4598 #endif
4599
4600 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4601 static unsigned long
4602 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4603                                         const struct alloc_context *ac)
4604 {
4605         unsigned int noreclaim_flag;
4606         unsigned long pflags, progress;
4607
4608         cond_resched();
4609
4610         /* We now go into synchronous reclaim */
4611         cpuset_memory_pressure_bump();
4612         psi_memstall_enter(&pflags);
4613         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4614         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4615
4616         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4617                                                                 ac->nodemask);
4618
4619         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4620         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4621         psi_memstall_leave(&pflags);
4622
4623         cond_resched();
4624
4625         return progress;
4626 }
4627
4628 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4629 static inline struct page *
4630 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4631                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4632                 unsigned long *did_some_progress)
4633 {
4634         struct page *page = NULL;
4635         bool drained = false;
4636
4637         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4638         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4639                 return NULL;
4640
4641 retry:
4642         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4643
4644         /*
4645          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4646          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4647          * Shrink them and try again
4648          */
4649         if (!page && !drained) {
4650                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4651                 drain_all_pages(NULL);
4652                 drained = true;
4653                 goto retry;
4654         }
4655
4656         return page;
4657 }
4658
4659 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4660                              const struct alloc_context *ac)
4661 {
4662         struct zoneref *z;
4663         struct zone *zone;
4664         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4665         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4666
4667         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4668                                         ac->nodemask) {
4669                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4670                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4671                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4672         }
4673 }
4674
4675 static inline unsigned int
4676 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4677 {
4678         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4679
4680         /*
4681          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4682          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4683          * to save two branches.
4684          */
4685         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4686         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4687
4688         /*
4689          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4690          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4691          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4692          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4693          */
4694         alloc_flags |= (__force int)
4695                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4696
4697         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4698                 /*
4699                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4700                  * if it can't schedule.
4701                  */
4702                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4703                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4704                 /*
4705                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4706                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4707                  */
4708                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4709         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4710                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4711
4712         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4713
4714         return alloc_flags;
4715 }
4716
4717 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4718 {
4719         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4720                 return false;
4721
4722         /*
4723          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4724          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4725          */
4726         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4727                 return false;
4728
4729         return true;
4730 }
4731
4732 /*
4733  * Distinguish requests which really need access to full memory
4734  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4735  */
4736 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4737 {
4738         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4739                 return 0;
4740         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4741                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4742         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4743                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4744         if (!in_interrupt()) {
4745                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4746                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4747                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4748                         return ALLOC_OOM;
4749         }
4750
4751         return 0;
4752 }
4753
4754 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4755 {
4756         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4757 }
4758
4759 /*
4760  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4761  * for the given allocation request.
4762  *
4763  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4764  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4765  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4766  *
4767  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4768  */
4769 static inline bool
4770 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4771                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4772                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4773 {
4774         struct zone *zone;
4775         struct zoneref *z;
4776         bool ret = false;
4777
4778         /*
4779          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4780          * their order will become available due to high fragmentation so
4781          * always increment the no progress counter for them
4782          */
4783         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4784                 *no_progress_loops = 0;
4785         else
4786                 (*no_progress_loops)++;
4787
4788         /*
4789          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4790          * several times in the row.
4791          */
4792         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4793                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4794                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4795         }
4796
4797         /*
4798          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4799          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4800          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4801          * screwed and have to go OOM.
4802          */
4803         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4804                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4805                 unsigned long available;
4806                 unsigned long reclaimable;
4807                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4808                 bool wmark;
4809
4810                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4811                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4812
4813                 /*
4814                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4815                  * reclaimable pages?
4816                  */
4817                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4818                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4819                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4820                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4821                 if (wmark) {
4822                         /*
4823                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4824                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4825                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4826                          * prevent from pre mature OOM
4827                          */
4828                         if (!did_some_progress) {
4829                                 unsigned long write_pending;
4830
4831                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4832                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4833
4834                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4835                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4836                                         return true;
4837                                 }
4838                         }
4839
4840                         ret = true;
4841                         goto out;
4842                 }
4843         }
4844
4845 out:
4846         /*
4847          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4848          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4849          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4850          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4851          * here rather than calling cond_resched().
4852          */
4853         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4854                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4855         else
4856                 cond_resched();
4857         return ret;
4858 }
4859
4860 static inline bool
4861 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4862 {
4863         /*
4864          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4865          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4866          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4867          * such a way the check therein was true, and then it became false
4868          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4869          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4870          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4871          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4872          * caller can deal with a violated nodemask.
4873          */
4874         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4875                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4876                 ac->nodemask = NULL;
4877                 return true;
4878         }
4879
4880         /*
4881          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4882          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4883          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4884          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4885          * retry.
4886          */
4887         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4888                 return true;
4889
4890         return false;
4891 }
4892
4893 static inline struct page *
4894 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4895                                                 struct alloc_context *ac)
4896 {
4897         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4898         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4899         struct page *page = NULL;
4900         unsigned int alloc_flags;
4901         unsigned long did_some_progress;
4902         enum compact_priority compact_priority;
4903         enum compact_result compact_result;
4904         int compaction_retries;
4905         int no_progress_loops;
4906         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4907         int reserve_flags;
4908
4909         /*
4910          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4911          * callers that are not in atomic context.
4912          */
4913         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4914                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4915                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4916
4917 retry_cpuset:
4918         compaction_retries = 0;
4919         no_progress_loops = 0;
4920         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4921         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4922
4923         /*
4924          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4925          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4926          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4927          */
4928         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4929
4930         /*
4931          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4932          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4933          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4934          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4935          */
4936         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4937                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4938         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4939                 goto nopage;
4940
4941         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4942                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4943
4944         /*
4945          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4946          * that first
4947          */
4948         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4949         if (page)
4950                 goto got_pg;
4951
4952         /*
4953          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4954          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4955          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4956          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4957          * same migratetype.
4958          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4959          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4960          */
4961         if (can_direct_reclaim &&
4962                         (costly_order ||
4963                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4964                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4965                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4966                                                 alloc_flags, ac,
4967                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4968                                                 &compact_result);
4969                 if (page)
4970                         goto got_pg;
4971
4972                 /*
4973                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4974                  * includes some THP page fault allocations
4975                  */
4976                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4977                         /*
4978                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4979                          * failed because all zones are below low watermarks
4980                          * or is prohibited because it recently failed at this
4981                          * order, fail immediately unless the allocator has
4982                          * requested compaction and reclaim retry.
4983                          *
4984                          * Reclaim is
4985                          *  - potentially very expensive because zones are far
4986                          *    below their low watermarks or this is part of very
4987                          *    bursty high order allocations,
4988                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4989                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4990                          *    linear scan, and
4991                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4992                          *    own.
4993                          */
4994                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4995                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4996                                 goto nopage;
4997
4998                         /*
4999                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
5000                          * sync compaction could be very expensive, so keep
5001                          * using async compaction.
5002                          */
5003                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
5004                 }
5005         }
5006
5007 retry:
5008         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
5009         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
5010                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
5011
5012         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
5013         if (reserve_flags)
5014                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
5015
5016         /*
5017          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
5018          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
5019          * user oriented.
5020          */
5021         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
5022                 ac->nodemask = NULL;
5023                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5024                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5025         }
5026
5027         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
5028         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5029         if (page)
5030                 goto got_pg;
5031
5032         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
5033         if (!can_direct_reclaim)
5034                 goto nopage;
5035
5036         /* Avoid recursion of direct reclaim */
5037         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
5038                 goto nopage;
5039
5040         /* Try direct reclaim and then allocating */
5041         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5042                                                         &did_some_progress);
5043         if (page)
5044                 goto got_pg;
5045
5046         /* Try direct compaction and then allocating */
5047         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5048                                         compact_priority, &compact_result);
5049         if (page)
5050                 goto got_pg;
5051
5052         /* Do not loop if specifically requested */
5053         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5054                 goto nopage;
5055
5056         /*
5057          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5058          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5059          */
5060         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5061                 goto nopage;
5062
5063         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5064                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5065                 goto retry;
5066
5067         /*
5068          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5069          * reclaim is not able to make any progress because the current
5070          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5071          * of free memory (see __compaction_suitable)
5072          */
5073         if (did_some_progress > 0 &&
5074                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5075                                 compact_result, &compact_priority,
5076                                 &compaction_retries))
5077                 goto retry;
5078
5079
5080         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
5081         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5082                 goto retry_cpuset;
5083
5084         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5085         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5086         if (page)
5087                 goto got_pg;
5088
5089         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5090         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5091             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5092              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5093                 goto nopage;
5094
5095         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5096         if (did_some_progress) {
5097                 no_progress_loops = 0;
5098                 goto retry;
5099         }
5100
5101 nopage:
5102         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
5103         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5104                 goto retry_cpuset;
5105
5106         /*
5107          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5108          * we always retry
5109          */
5110         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5111                 /*
5112                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5113                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5114                  */
5115                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
5116                         goto fail;
5117
5118                 /*
5119                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5120                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5121                  * for somebody to do a work for us
5122                  */
5123                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
5124
5125                 /*
5126                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5127                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5128                  * so that we can identify them and convert them to something
5129                  * else.
5130                  */
5131                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
5132
5133                 /*
5134                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5135                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5136                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5137                  * the situation worse
5138                  */
5139                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5140                 if (page)
5141                         goto got_pg;
5142
5143                 cond_resched();
5144                 goto retry;
5145         }
5146 fail:
5147         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5148                         "page allocation failure: order:%u", order);
5149 got_pg:
5150         return page;
5151 }
5152
5153 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5154                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5155                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5156                 unsigned int *alloc_flags)
5157 {
5158         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5159         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5160         ac->nodemask = nodemask;
5161         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5162
5163         if (cpusets_enabled()) {
5164                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5165                 /*
5166                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5167                  * to the current task context. It means that any node ok.
5168                  */
5169                 if (!in_interrupt() && !ac->nodemask)
5170                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5171                 else
5172                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5173         }
5174
5175         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
5176         fs_reclaim_release(gfp_mask);
5177
5178         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
5179
5180         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5181                 return false;
5182
5183         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5184
5185         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5186         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5187
5188         /*
5189          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5190          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5191          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5192          */
5193         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5194                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5195
5196         return true;
5197 }
5198
5199 /*
5200  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5201  * @gfp: GFP flags for the allocation
5202  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5203  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5204  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5205  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5206  * @page_array: Optional array to store the pages
5207  *
5208  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5209  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5210  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5211  *
5212  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5213  *
5214  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5215  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5216  *
5217  * Returns the number of pages on the list or array.
5218  */
5219 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5220                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5221                         struct list_head *page_list,
5222                         struct page **page_array)
5223 {
5224         struct page *page;
5225         unsigned long flags;
5226         struct zone *zone;
5227         struct zoneref *z;
5228         struct per_cpu_pages *pcp;
5229         struct list_head *pcp_list;
5230         struct alloc_context ac;
5231         gfp_t alloc_gfp;
5232         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5233         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5234
5235         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5236                 return 0;
5237
5238         /*
5239          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5240          * to be allocated before disabling IRQs.
5241          */
5242         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5243                 nr_populated++;
5244
5245         /* Already populated array? */
5246         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5247                 return nr_populated;
5248
5249         /* Use the single page allocator for one page. */
5250         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5251                 goto failed;
5252
5253         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5254         gfp &= gfp_allowed_mask;
5255         alloc_gfp = gfp;
5256         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5257                 return 0;
5258         gfp = alloc_gfp;
5259
5260         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5261         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5262                 unsigned long mark;
5263
5264                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5265                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5266                         continue;
5267                 }
5268
5269                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5270                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5271                         goto failed;
5272                 }
5273
5274                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5275                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5276                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5277                                 alloc_flags, gfp)) {
5278                         break;
5279                 }
5280         }
5281
5282         /*
5283          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5284          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5285          */
5286         if (unlikely(!zone))
5287                 goto failed;
5288
5289         /* Attempt the batch allocation */
5290         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
5291         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
5292         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5293
5294         while (nr_populated < nr_pages) {
5295
5296                 /* Skip existing pages */
5297                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5298                         nr_populated++;
5299                         continue;
5300                 }
5301
5302                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5303                                                                 pcp, pcp_list);
5304                 if (unlikely(!page)) {
5305                         /* Try and get at least one page */
5306                         if (!nr_populated)
5307                                 goto failed_irq;
5308                         break;
5309                 }
5310                 nr_account++;
5311
5312                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5313                 if (page_list)
5314                         list_add(&page->lru, page_list);
5315                 else
5316                         page_array[nr_populated] = page;
5317                 nr_populated++;
5318         }
5319
5320         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5321
5322         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5323         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5324
5325         return nr_populated;
5326
5327 failed_irq:
5328         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5329
5330 failed:
5331         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5332         if (page) {
5333                 if (page_list)
5334                         list_add(&page->lru, page_list);
5335                 else
5336                         page_array[nr_populated] = page;
5337                 nr_populated++;
5338         }
5339
5340         return nr_populated;
5341 }
5342 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5343
5344 /*
5345  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5346  */
5347 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5348                                                         nodemask_t *nodemask)
5349 {
5350         struct page *page;
5351         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5352         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5353         struct alloc_context ac = { };
5354
5355         /*
5356          * There are several places where we assume that the order value is sane
5357          * so bail out early if the request is out of bound.
5358          */
5359         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
5360                 WARN_ON_ONCE(!(gfp & __GFP_NOWARN));
5361                 return NULL;
5362         }
5363
5364         gfp &= gfp_allowed_mask;
5365         /*
5366          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5367          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5368          * from a particular context which has been marked by
5369          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5370          * movable zones are not used during allocation.
5371          */
5372         gfp = current_gfp_context(gfp);
5373         alloc_gfp = gfp;
5374         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5375                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5376                 return NULL;
5377
5378         /*
5379          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5380          * memory until all local zones are considered.
5381          */
5382         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5383
5384         /* First allocation attempt */
5385         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5386         if (likely(page))
5387                 goto out;
5388
5389         alloc_gfp = gfp;
5390         ac.spread_dirty_pages = false;
5391
5392         /*
5393          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5394          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5395          */
5396         ac.nodemask = nodemask;
5397
5398         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5399
5400 out:
5401         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5402             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5403                 __free_pages(page, order);
5404                 page = NULL;
5405         }
5406
5407         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5408
5409         return page;
5410 }
5411 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5412
5413 /*
5414  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5415  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5416  * you need to access high mem.
5417  */
5418 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5419 {
5420         struct page *page;
5421
5422         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5423         if (!page)
5424                 return 0;
5425         return (unsigned long) page_address(page);
5426 }
5427 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5428
5429 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5430 {
5431         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5432 }
5433 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5434
5435 /**
5436  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5437  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5438  * @order: The order of the allocation.
5439  *
5440  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5441  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5442  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5443  * than was allocated will probably emit a warning.
5444  *
5445  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5446  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5447  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5448  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5449  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5450  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5451  *
5452  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5453  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5454  */
5455 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5456 {
5457         if (put_page_testzero(page))
5458                 free_the_page(page, order);
5459         else if (!PageHead(page))
5460                 while (order-- > 0)
5461                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5462 }
5463 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5464
5465 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5466 {
5467         if (addr != 0) {
5468                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5469                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5470         }
5471 }
5472
5473 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5474
5475 /*
5476  * Page Fragment:
5477  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5478  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5479  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5480  *
5481  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5482  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5483  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5484  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5485  */
5486 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5487                                              gfp_t gfp_mask)
5488 {
5489         struct page *page = NULL;
5490         gfp_t gfp = gfp_mask;
5491
5492 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5493         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5494                     __GFP_NOMEMALLOC;
5495         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5496                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5497         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5498 #endif
5499         if (unlikely(!page))
5500                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5501
5502         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5503
5504         return page;
5505 }
5506
5507 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5508 {
5509         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5510
5511         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5512                 free_the_page(page, compound_order(page));
5513 }
5514 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5515
5516 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5517                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5518                       unsigned int align_mask)
5519 {
5520         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5521         struct page *page;
5522         int offset;
5523
5524         if (unlikely(!nc->va)) {
5525 refill:
5526                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5527                 if (!page)
5528                         return NULL;
5529
5530 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5531                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5532                 size = nc->size;
5533 #endif
5534                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5535                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5536                  */
5537                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5538
5539                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5540                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5541                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5542                 nc->offset = size;
5543         }
5544
5545         offset = nc->offset - fragsz;
5546         if (unlikely(offset < 0)) {
5547                 page = virt_to_page(nc->va);
5548
5549                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5550                         goto refill;
5551
5552                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5553                         free_the_page(page, compound_order(page));
5554                         goto refill;
5555                 }
5556
5557 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5558                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5559                 size = nc->size;
5560 #endif
5561                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5562                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5563
5564                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5565                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5566                 offset = size - fragsz;
5567         }
5568
5569         nc->pagecnt_bias--;
5570         offset &= align_mask;
5571         nc->offset = offset;
5572
5573         return nc->va + offset;
5574 }
5575 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5576
5577 /*
5578  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5579  */
5580 void page_frag_free(void *addr)
5581 {
5582         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5583
5584         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5585                 free_the_page(page, compound_order(page));
5586 }
5587 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5588
5589 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5590                 size_t size)
5591 {
5592         if (addr) {
5593                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5594                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5595
5596                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5597                 while (used < alloc_end) {
5598                         free_page(used);
5599                         used += PAGE_SIZE;
5600                 }
5601         }
5602         return (void *)addr;
5603 }
5604
5605 /**
5606  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5607  * @size: the number of bytes to allocate
5608  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5609  *
5610  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5611  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5612  * allocate memory in power-of-two pages.
5613  *
5614  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5615  *
5616  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5617  *
5618  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5619  */
5620 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5621 {
5622         unsigned int order = get_order(size);
5623         unsigned long addr;
5624
5625         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5626                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5627
5628         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5629         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5630 }
5631 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5632
5633 /**
5634  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5635  *                         pages on a node.
5636  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5637  * @size: the number of bytes to allocate
5638  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5639  *
5640  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5641  * back.
5642  *
5643  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5644  */
5645 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5646 {
5647         unsigned int order = get_order(size);
5648         struct page *p;
5649
5650         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5651                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5652
5653         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5654         if (!p)
5655                 return NULL;
5656         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5657 }
5658
5659 /**
5660  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5661  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5662  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5663  *
5664  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5665  */
5666 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5667 {
5668         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5669         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5670
5671         while (addr < end) {
5672                 free_page(addr);
5673                 addr += PAGE_SIZE;
5674         }
5675 }
5676 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5677
5678 /**
5679  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5680  * @offset: The zone index of the highest zone
5681  *
5682  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5683  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5684  * zone, the number of pages is calculated as:
5685  *
5686  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5687  *
5688  * Return: number of pages beyond high watermark.
5689  */
5690 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5691 {
5692         struct zoneref *z;
5693         struct zone *zone;
5694
5695         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5696         unsigned long sum = 0;
5697
5698         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5699
5700         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5701                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5702                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5703                 if (size > high)
5704                         sum += size - high;
5705         }
5706
5707         return sum;
5708 }
5709
5710 /**
5711  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5712  *
5713  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5714  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5715  *
5716  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5717  * ZONE_NORMAL.
5718  */
5719 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5720 {
5721         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5722 }
5723 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5724
5725 static inline void show_node(struct zone *zone)
5726 {
5727         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5728                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5729 }
5730
5731 long si_mem_available(void)
5732 {
5733         long available;
5734         unsigned long pagecache;
5735         unsigned long wmark_low = 0;
5736         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5737         unsigned long reclaimable;
5738         struct zone *zone;
5739         int lru;
5740
5741         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5742                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5743
5744         for_each_zone(zone)
5745                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5746
5747         /*
5748          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5749          * without causing swapping.
5750          */
5751         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5752
5753         /*
5754          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5755          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5756          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5757          */
5758         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5759         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5760         available += pagecache;
5761
5762         /*
5763          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5764          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5765          * low watermark.
5766          */
5767         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5768                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5769         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5770
5771         if (available < 0)
5772                 available = 0;
5773         return available;
5774 }
5775 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5776
5777 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5778 {
5779         val->totalram = totalram_pages();
5780         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5781         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5782         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5783         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5784         val->freehigh = nr_free_highpages();
5785         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5786 }
5787
5788 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5789
5790 #ifdef CONFIG_NUMA
5791 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5792 {
5793         int zone_type;          /* needs to be signed */
5794         unsigned long managed_pages = 0;
5795         unsigned long managed_highpages = 0;
5796         unsigned long free_highpages = 0;
5797         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5798
5799         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5800                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5801         val->totalram = managed_pages;
5802         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5803         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5804 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5805         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5806                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5807
5808                 if (is_highmem(zone)) {
5809                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5810                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5811                 }
5812         }
5813         val->totalhigh = managed_highpages;
5814         val->freehigh = free_highpages;
5815 #else
5816         val->totalhigh = managed_highpages;
5817         val->freehigh = free_highpages;
5818 #endif
5819         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5820 }
5821 #endif
5822
5823 /*
5824  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5825  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5826  */
5827 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5828 {
5829         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5830                 return false;
5831
5832         /*
5833          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5834          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5835          * have to be precise here.
5836          */
5837         if (!nodemask)
5838                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5839
5840         return !node_isset(nid, *nodemask);
5841 }
5842
5843 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5844
5845 static void show_migration_types(unsigned char type)
5846 {
5847         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5848                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5849                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5850                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5851                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5852 #ifdef CONFIG_CMA
5853                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5854 #endif
5855 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5856                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5857 #endif
5858         };
5859         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5860         char *p = tmp;
5861         int i;
5862
5863         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5864                 if (type & (1 << i))
5865                         *p++ = types[i];
5866         }
5867
5868         *p = '\0';
5869         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5870 }
5871
5872 /*
5873  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5874  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5875  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5876  *
5877  * Bits in @filter:
5878  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5879  *   cpuset.
5880  */
5881 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5882 {
5883         unsigned long free_pcp = 0;
5884         int cpu;
5885         struct zone *zone;
5886         pg_data_t *pgdat;
5887
5888         for_each_populated_zone(zone) {
5889                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5890                         continue;
5891
5892                 for_each_online_cpu(cpu)
5893                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5894         }
5895
5896         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5897                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5898                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5899                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5900                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5901                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5902                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5903                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5904                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5905                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5906                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5907                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5908                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5909                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5910                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5911                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5912                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5913                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5914                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5915                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5916                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5917                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5918                 free_pcp,
5919                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5920
5921         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5922                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5923                         continue;
5924
5925                 printk("Node %d"
5926                         " active_anon:%lukB"
5927                         " inactive_anon:%lukB"
5928                         " active_file:%lukB"
5929                         " inactive_file:%lukB"
5930                         " unevictable:%lukB"
5931                         " isolated(anon):%lukB"
5932                         " isolated(file):%lukB"
5933                         " mapped:%lukB"
5934                         " dirty:%lukB"
5935                         " writeback:%lukB"
5936                         " shmem:%lukB"
5937 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5938                         " shmem_thp: %lukB"
5939                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5940                         " anon_thp: %lukB"
5941 #endif
5942                         " writeback_tmp:%lukB"
5943                         " kernel_stack:%lukB"
5944 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5945                         " shadow_call_stack:%lukB"
5946 #endif
5947                         " pagetables:%lukB"
5948                         " all_unreclaimable? %s"
5949                         "\n",
5950                         pgdat->node_id,
5951                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5952                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5953                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5954                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5955                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5956                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5957                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5958                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5959                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5960                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5961                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5962 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5963                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
5964                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
5965                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
5966 #endif
5967                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5968                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5969 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5970                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5971 #endif
5972                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
5973                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5974                                 "yes" : "no");
5975         }
5976
5977         for_each_populated_zone(zone) {
5978                 int i;
5979
5980                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5981                         continue;
5982
5983                 free_pcp = 0;
5984                 for_each_online_cpu(cpu)
5985                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5986
5987                 show_node(zone);
5988                 printk(KERN_CONT
5989                         "%s"
5990                         " free:%lukB"
5991                         " min:%lukB"
5992                         " low:%lukB"
5993                         " high:%lukB"
5994                         " reserved_highatomic:%luKB"
5995                         " active_anon:%lukB"
5996                         " inactive_anon:%lukB"
5997                         " active_file:%lukB"
5998                         " inactive_file:%lukB"
5999                         " unevictable:%lukB"
6000                         " writepending:%lukB"
6001                         " present:%lukB"
6002                         " managed:%lukB"
6003                         " mlocked:%lukB"
6004                         " bounce:%lukB"
6005                         " free_pcp:%lukB"
6006                         " local_pcp:%ukB"
6007                         " free_cma:%lukB"
6008                         "\n",
6009                         zone->name,
6010                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
6011                         K(min_wmark_pages(zone)),
6012                         K(low_wmark_pages(zone)),
6013                         K(high_wmark_pages(zone)),
6014                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
6015                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
6016                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
6017                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
6018                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
6019                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6020                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6021                         K(zone->present_pages),
6022                         K(zone_managed_pages(zone)),
6023                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6024                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6025                         K(free_pcp),
6026                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6027                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6028                 printk("lowmem_reserve[]:");
6029                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6030                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6031                 printk(KERN_CONT "\n");
6032         }
6033
6034         for_each_populated_zone(zone) {
6035                 unsigned int order;
6036                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6037                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6038
6039                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6040                         continue;
6041                 show_node(zone);
6042                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6043
6044                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6045                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6046                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6047                         int type;
6048
6049                         nr[order] = area->nr_free;
6050                         total += nr[order] << order;
6051
6052                         types[order] = 0;
6053                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6054                                 if (!free_area_empty(area, type))
6055                                         types[order] |= 1 << type;
6056                         }
6057                 }
6058                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6059                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6060                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6061                                nr[order], K(1UL) << order);
6062                         if (nr[order])
6063                                 show_migration_types(types[order]);
6064                 }
6065                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6066         }
6067
6068         hugetlb_show_meminfo();
6069
6070         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6071
6072         show_swap_cache_info();
6073 }
6074
6075 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6076 {
6077         zoneref->zone = zone;
6078         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6079 }
6080
6081 /*
6082  * Builds allocation fallback zone lists.
6083  *
6084  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6085  */
6086 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6087 {
6088         struct zone *zone;
6089         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6090         int nr_zones = 0;
6091
6092         do {
6093                 zone_type--;
6094                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6095                 if (managed_zone(zone)) {
6096                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6097                         check_highest_zone(zone_type);
6098                 }
6099         } while (zone_type);
6100
6101         return nr_zones;
6102 }
6103
6104 #ifdef CONFIG_NUMA
6105
6106 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6107 {
6108         /*
6109          * We used to support different zonelists modes but they turned
6110          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6111          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6112          * not fail it silently
6113          */
6114         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6115                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6116                 return -EINVAL;
6117         }
6118         return 0;
6119 }
6120
6121 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6122
6123 /*
6124  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6125  */
6126 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6127                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6128 {
6129         if (write)
6130                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6131         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6132 }
6133
6134
6135 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
6136 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6137
6138 /**
6139  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6140  * @node: node whose fallback list we're appending
6141  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6142  *
6143  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6144  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6145  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6146  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6147  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6148  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6149  * on them otherwise.
6150  *
6151  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6152  */
6153 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6154 {
6155         int n, val;
6156         int min_val = INT_MAX;
6157         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6158
6159         /* Use the local node if we haven't already */
6160         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6161                 node_set(node, *used_node_mask);
6162                 return node;
6163         }
6164
6165         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6166
6167                 /* Don't want a node to appear more than once */
6168                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6169                         continue;
6170
6171                 /* Use the distance array to find the distance */
6172                 val = node_distance(node, n);
6173
6174                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6175                 val += (n < node);
6176
6177                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6178                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6179                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6180
6181                 /* Slight preference for less loaded node */
6182                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
6183                 val += node_load[n];
6184
6185                 if (val < min_val) {
6186                         min_val = val;
6187                         best_node = n;
6188                 }
6189         }
6190
6191         if (best_node >= 0)
6192                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6193
6194         return best_node;
6195 }
6196
6197
6198 /*
6199  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6200  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6201  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6202  */
6203 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6204                 unsigned nr_nodes)
6205 {
6206         struct zoneref *zonerefs;
6207         int i;
6208
6209         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6210
6211         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6212                 int nr_zones;
6213
6214                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6215
6216                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6217                 zonerefs += nr_zones;
6218         }
6219         zonerefs->zone = NULL;
6220         zonerefs->zone_idx = 0;
6221 }
6222
6223 /*
6224  * Build gfp_thisnode zonelists
6225  */
6226 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6227 {
6228         struct zoneref *zonerefs;
6229         int nr_zones;
6230
6231         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6232         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6233         zonerefs += nr_zones;
6234         zonerefs->zone = NULL;
6235         zonerefs->zone_idx = 0;
6236 }
6237
6238 /*
6239  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6240  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6241  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6242  * may still exist in local DMA zone.
6243  */
6244
6245 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6246 {
6247         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6248         int node, load, nr_nodes = 0;
6249         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6250         int local_node, prev_node;
6251
6252         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6253         local_node = pgdat->node_id;
6254         load = nr_online_nodes;
6255         prev_node = local_node;
6256
6257         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6258         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6259                 /*
6260                  * We don't want to pressure a particular node.
6261                  * So adding penalty to the first node in same
6262                  * distance group to make it round-robin.
6263                  */
6264                 if (node_distance(local_node, node) !=
6265                     node_distance(local_node, prev_node))
6266                         node_load[node] = load;
6267
6268                 node_order[nr_nodes++] = node;
6269                 prev_node = node;
6270                 load--;
6271         }
6272
6273         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6274         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6275 }
6276
6277 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6278 /*
6279  * Return node id of node used for "local" allocations.
6280  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6281  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6282  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6283  */
6284 int local_memory_node(int node)
6285 {
6286         struct zoneref *z;
6287
6288         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6289                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6290                                    NULL);
6291         return zone_to_nid(z->zone);
6292 }
6293 #endif
6294
6295 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6296 static void setup_min_slab_ratio(void);
6297 #else   /* CONFIG_NUMA */
6298
6299 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6300 {
6301         int node, local_node;
6302         struct zoneref *zonerefs;
6303         int nr_zones;
6304
6305         local_node = pgdat->node_id;
6306
6307         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6308         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6309         zonerefs += nr_zones;
6310
6311         /*
6312          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6313          * of all the other nodes.
6314          * We don't want to pressure a particular node, so when
6315          * building the zones for node N, we make sure that the
6316          * zones coming right after the local ones are those from
6317          * node N+1 (modulo N)
6318          */
6319         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6320                 if (!node_online(node))
6321                         continue;
6322                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6323                 zonerefs += nr_zones;
6324         }
6325         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6326                 if (!node_online(node))
6327                         continue;
6328                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6329                 zonerefs += nr_zones;
6330         }
6331
6332         zonerefs->zone = NULL;
6333         zonerefs->zone_idx = 0;
6334 }
6335
6336 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6337
6338 /*
6339  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6340  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6341  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6342  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6343  * with interrupts disabled.
6344  *
6345  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6346  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6347  * hotplugged processors.
6348  *
6349  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6350  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6351  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6352  */
6353 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6354 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6355 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6356 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6357 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6358 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6359 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6360
6361 static void __build_all_zonelists(void *data)
6362 {
6363         int nid;
6364         int __maybe_unused cpu;
6365         pg_data_t *self = data;
6366         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6367
6368         spin_lock(&lock);
6369
6370 #ifdef CONFIG_NUMA
6371         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6372 #endif
6373
6374         /*
6375          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6376          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6377          */
6378         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6379                 build_zonelists(self);
6380         } else {
6381                 for_each_online_node(nid) {
6382                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6383
6384                         build_zonelists(pgdat);
6385                 }
6386
6387 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6388                 /*
6389                  * We now know the "local memory node" for each node--
6390                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6391                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6392                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6393                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6394                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6395                  */
6396                 for_each_online_cpu(cpu)
6397                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6398 #endif
6399         }
6400
6401         spin_unlock(&lock);
6402 }
6403
6404 static noinline void __init
6405 build_all_zonelists_init(void)
6406 {
6407         int cpu;
6408
6409         __build_all_zonelists(NULL);
6410
6411         /*
6412          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6413          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6414          * each zone will be allocated later when the per cpu
6415          * allocator is available.
6416          *
6417          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6418          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6419          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6420          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6421          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6422          * (a chicken-egg dilemma).
6423          */
6424         for_each_possible_cpu(cpu)
6425                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6426
6427         mminit_verify_zonelist();
6428         cpuset_init_current_mems_allowed();
6429 }
6430
6431 /*
6432  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6433  *
6434  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6435  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6436  */
6437 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6438 {
6439         unsigned long vm_total_pages;
6440
6441         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6442                 build_all_zonelists_init();
6443         } else {
6444                 __build_all_zonelists(pgdat);
6445                 /* cpuset refresh routine should be here */
6446         }
6447         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6448         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6449         /*
6450          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6451          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6452          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6453          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6454          * disabled and enable it later
6455          */
6456         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6457                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6458         else
6459                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6460
6461         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6462                 nr_online_nodes,
6463                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6464                 vm_total_pages);
6465 #ifdef CONFIG_NUMA
6466         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6467 #endif
6468 }
6469
6470 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6471 static bool __meminit
6472 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6473 {
6474         static struct memblock_region *r;
6475
6476         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6477                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6478                         for_each_mem_region(r) {
6479                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6480                                         break;
6481                         }
6482                 }
6483                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6484                     memblock_is_mirror(r)) {
6485                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6486                         return true;
6487                 }
6488         }
6489         return false;
6490 }
6491
6492 /*
6493  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6494  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6495  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6496  *
6497  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6498  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6499  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6500  */
6501 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6502                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6503                 enum meminit_context context,
6504                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6505 {
6506         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6507         struct page *page;
6508
6509         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6510                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6511
6512 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6513         /*
6514          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6515          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6516          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6517          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6518          * the hotplug lock.
6519          */
6520         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6521                 if (!altmap)
6522                         return;
6523
6524                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6525                         start_pfn += altmap->reserve;
6526                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6527         }
6528 #endif
6529
6530         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6531                 /*
6532                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6533                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6534                  */
6535                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6536                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6537                                 continue;
6538                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6539                                 break;
6540                 }
6541
6542                 page = pfn_to_page(pfn);
6543                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6544                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6545                         __SetPageReserved(page);
6546
6547                 /*
6548                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6549                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6550                  * over the place during system boot.
6551                  */
6552                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6553                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6554                         cond_resched();
6555                 }
6556                 pfn++;
6557         }
6558 }
6559
6560 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6561 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6562                                    unsigned long start_pfn,
6563                                    unsigned long nr_pages,
6564                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6565 {
6566         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6567         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6568         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6569         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6570         unsigned long start = jiffies;
6571         int nid = pgdat->node_id;
6572
6573         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6574                 return;
6575
6576         /*
6577          * The call to memmap_init should have already taken care
6578          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6579          * the end of that region and start processing the device pages.
6580          */
6581         if (altmap) {
6582                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6583                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6584         }
6585
6586         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6587                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6588
6589                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6590
6591                 /*
6592                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6593                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6594                  *
6595                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6596                  * the flag as we are still initializing the pages.
6597                  */
6598                 __SetPageReserved(page);
6599
6600                 /*
6601                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6602                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6603                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6604                  */
6605                 page->pgmap = pgmap;
6606                 page->zone_device_data = NULL;
6607
6608                 /*
6609                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6610                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6611                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6612                  * the address space during boot when many long-lived
6613                  * kernel allocations are made.
6614                  *
6615                  * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6616                  * because this is done early in section_activate()
6617                  */
6618                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6619                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6620                         cond_resched();
6621                 }
6622         }
6623
6624         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6625                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6626 }
6627
6628 #endif
6629 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6630 {
6631         unsigned int order, t;
6632         for_each_migratetype_order(order, t) {
6633                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6634                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6635         }
6636 }
6637
6638 #if !defined(CONFIG_FLATMEM)
6639 /*
6640  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6641  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6642  * memmap_init_zone_range().
6643  *
6644  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6645  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6646  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6647  *   arbitrary section size
6648  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6649  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6650  *   nicely with memmap sections
6651  *
6652  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6653  * - PG_Reserved is set
6654  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6655  *   hole is in the middle of a zone
6656  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6657  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6658  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6659  *   section that will be appended to the zone/node below.
6660  */
6661 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6662                                           unsigned long epfn,
6663                                           int zone, int node)
6664 {
6665         unsigned long pfn;
6666         u64 pgcnt = 0;
6667
6668         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6669                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6670                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6671                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6672                         continue;
6673                 }
6674                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6675                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6676                 pgcnt++;
6677         }
6678
6679         if (pgcnt)
6680                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6681                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6682 }
6683 #else
6684 static inline void init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6685                                           unsigned long epfn,
6686                                           int zone, int node)
6687 {
6688 }
6689 #endif
6690
6691 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6692                                           unsigned long start_pfn,
6693                                           unsigned long end_pfn,
6694                                           unsigned long *hole_pfn)
6695 {
6696         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6697         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6698         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6699
6700         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6701         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6702
6703         if (start_pfn >= end_pfn)
6704                 return;
6705
6706         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6707                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6708
6709         if (*hole_pfn < start_pfn)
6710                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6711
6712         *hole_pfn = end_pfn;
6713 }
6714
6715 static void __init memmap_init(void)
6716 {
6717         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6718         unsigned long hole_pfn = 0;
6719         int i, j, zone_id, nid;
6720
6721         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6722                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6723
6724                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6725                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6726
6727                         if (!populated_zone(zone))
6728                                 continue;
6729
6730                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6731                                                &hole_pfn);
6732                         zone_id = j;
6733                 }
6734         }
6735
6736 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6737         /*
6738          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6739          * section_end].
6740          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6741          * node.
6742          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6743          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6744          * for FLATMEM it is a nop anyway
6745          */
6746         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6747         if (hole_pfn < end_pfn)
6748 #endif
6749                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
6750 }
6751
6752 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6753 {
6754 #ifdef CONFIG_MMU
6755         int batch;
6756
6757         /*
6758          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
6759          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
6760          * size is striking a balance between allocation latency
6761          * and zone lock contention.
6762          */
6763         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, (1024 * 1024) / PAGE_SIZE);
6764         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6765         if (batch < 1)
6766                 batch = 1;
6767
6768         /*
6769          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6770          * of 2 value was found to be more likely to have
6771          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6772          *
6773          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6774          * batches of pages, one task can end up with a lot
6775          * of pages of one half of the possible page colors
6776          * and the other with pages of the other colors.
6777          */
6778         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6779
6780         return batch;
6781
6782 #else
6783         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6784          * conditions.
6785          *
6786          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6787          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6788          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6789          *
6790          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6791          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6792          * can be a significant delay between the individual batches being
6793          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6794          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6795          */
6796         return 0;
6797 #endif
6798 }
6799
6800 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
6801 {
6802 #ifdef CONFIG_MMU
6803         int high;
6804         int nr_split_cpus;
6805         unsigned long total_pages;
6806
6807         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
6808                 /*
6809                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
6810                  * low watermark so that if they are full then background
6811                  * reclaim will not be started prematurely.
6812                  */
6813                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
6814         } else {
6815                 /*
6816                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
6817                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
6818                  * zone.
6819                  */
6820                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
6821         }
6822
6823         /*
6824          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
6825          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
6826          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
6827          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
6828          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
6829          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
6830          */
6831         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
6832         if (!nr_split_cpus)
6833                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
6834         high = total_pages / nr_split_cpus;
6835
6836         /*
6837          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
6838          * historical relationship between high and batch.
6839          */
6840         high = max(high, batch << 2);
6841
6842         return high;
6843 #else
6844         return 0;
6845 #endif
6846 }
6847
6848 /*
6849  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6850  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6851  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6852  *
6853  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6854  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6855  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6856  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6857  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6858  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6859  *
6860  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6861  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6862  * exist).
6863  */
6864 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6865                 unsigned long batch)
6866 {
6867         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6868         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6869 }
6870
6871 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
6872 {
6873         int pindex;
6874
6875         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
6876         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
6877
6878         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
6879                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
6880
6881         /*
6882          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6883          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6884          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6885          * pageset yet.
6886          */
6887         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6888         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6889         pcp->free_factor = 0;
6890 }
6891
6892 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6893                 unsigned long batch)
6894 {
6895         struct per_cpu_pages *pcp;
6896         int cpu;
6897
6898         for_each_possible_cpu(cpu) {
6899                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6900                 pageset_update(pcp, high, batch);
6901         }
6902 }
6903
6904 /*
6905  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6906  * zone based on the zone's size.
6907  */
6908 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
6909 {
6910         int new_high, new_batch;
6911
6912         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
6913         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
6914
6915         if (zone->pageset_high == new_high &&
6916             zone->pageset_batch == new_batch)
6917                 return;
6918
6919         zone->pageset_high = new_high;
6920         zone->pageset_batch = new_batch;
6921
6922         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
6923 }
6924
6925 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6926 {
6927         int cpu;
6928
6929         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
6930         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
6931                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
6932
6933         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
6934         for_each_possible_cpu(cpu) {
6935                 struct per_cpu_pages *pcp;
6936                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6937
6938                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6939                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6940                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
6941         }
6942
6943         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6944 }
6945
6946 /*
6947  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6948  * Before this call only boot pagesets were available.
6949  */
6950 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6951 {
6952         struct pglist_data *pgdat;
6953         struct zone *zone;
6954         int __maybe_unused cpu;
6955
6956         for_each_populated_zone(zone)
6957                 setup_zone_pageset(zone);
6958
6959 #ifdef CONFIG_NUMA
6960         /*
6961          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6962          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6963          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6964          * the nodes these zones are associated with.
6965          */
6966         for_each_possible_cpu(cpu) {
6967                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
6968                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
6969                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
6970         }
6971 #endif
6972
6973         for_each_online_pgdat(pgdat)
6974                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6975                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6976 }
6977
6978 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6979 {
6980         /*
6981          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6982          * relies on the ability of the linker to provide the
6983          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6984          */
6985         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
6986         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
6987         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6988         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6989
6990         if (populated_zone(zone))
6991                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
6992                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
6993 }
6994
6995 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6996                                         unsigned long zone_start_pfn,
6997                                         unsigned long size)
6998 {
6999         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
7000         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
7001
7002         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
7003                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
7004
7005         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7006
7007         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
7008                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
7009                         pgdat->node_id,
7010                         (unsigned long)zone_idx(zone),
7011                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7012
7013         zone_init_free_lists(zone);
7014         zone->initialized = 1;
7015 }
7016
7017 /**
7018  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7019  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7020  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7021  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7022  *
7023  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7024  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7025  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7026  * PFNs will be 0.
7027  */
7028 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7029                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7030 {
7031         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7032         int i;
7033
7034         *start_pfn = -1UL;
7035         *end_pfn = 0;
7036
7037         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7038                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7039                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7040         }
7041
7042         if (*start_pfn == -1UL)
7043                 *start_pfn = 0;
7044 }
7045
7046 /*
7047  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7048  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7049  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7050  */
7051 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7052 {
7053         int zone_index;
7054         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7055                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7056                         continue;
7057
7058                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7059                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7060                         break;
7061         }
7062
7063         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7064         movable_zone = zone_index;
7065 }
7066
7067 /*
7068  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7069  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7070  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7071  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7072  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7073  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7074  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7075  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7076  */
7077 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7078                                         unsigned long zone_type,
7079                                         unsigned long node_start_pfn,
7080                                         unsigned long node_end_pfn,
7081                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7082                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7083 {
7084         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7085         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7086                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7087                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7088                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7089                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7090                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7091
7092                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7093                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7094                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7095                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7096                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7097
7098                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7099                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7100                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7101         }
7102 }
7103
7104 /*
7105  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7106  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7107  */
7108 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7109                                         unsigned long zone_type,
7110                                         unsigned long node_start_pfn,
7111                                         unsigned long node_end_pfn,
7112                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7113                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7114 {
7115         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7116         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7117         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7118         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7119                 return 0;
7120
7121         /* Get the start and end of the zone */
7122         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7123         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7124         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7125                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7126                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7127
7128         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7129         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7130                 return 0;
7131
7132         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7133         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7134         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7135
7136         /* Return the spanned pages */
7137         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7138 }
7139
7140 /*
7141  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7142  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7143  */
7144 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7145                                 unsigned long range_start_pfn,
7146                                 unsigned long range_end_pfn)
7147 {
7148         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7149         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7150         int i;
7151
7152         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7153                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7154                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7155                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7156         }
7157         return nr_absent;
7158 }
7159
7160 /**
7161  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7162  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7163  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7164  *
7165  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7166  */
7167 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7168                                                         unsigned long end_pfn)
7169 {
7170         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7171 }
7172
7173 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7174 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7175                                         unsigned long zone_type,
7176                                         unsigned long node_start_pfn,
7177                                         unsigned long node_end_pfn)
7178 {
7179         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7180         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7181         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7182         unsigned long nr_absent;
7183
7184         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7185         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7186                 return 0;
7187
7188         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7189         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7190
7191         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7192                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7193                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7194         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7195
7196         /*
7197          * ZONE_MOVABLE handling.
7198          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7199          * and vice versa.
7200          */
7201         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7202                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7203                 struct memblock_region *r;
7204
7205                 for_each_mem_region(r) {
7206                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7207                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7208                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7209                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7210
7211                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7212                             memblock_is_mirror(r))
7213                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7214
7215                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7216                             !memblock_is_mirror(r))
7217                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7218                 }
7219         }
7220
7221         return nr_absent;
7222 }
7223
7224 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7225                                                 unsigned long node_start_pfn,
7226                                                 unsigned long node_end_pfn)
7227 {
7228         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7229         enum zone_type i;
7230
7231         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7232                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7233                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7234                 unsigned long spanned, absent;
7235                 unsigned long size, real_size;
7236
7237                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7238                                                      node_start_pfn,
7239                                                      node_end_pfn,
7240                                                      &zone_start_pfn,
7241                                                      &zone_end_pfn);
7242                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7243                                                    node_start_pfn,
7244                                                    node_end_pfn);
7245
7246                 size = spanned;
7247                 real_size = size - absent;
7248
7249                 if (size)
7250                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7251                 else
7252                         zone->zone_start_pfn = 0;
7253                 zone->spanned_pages = size;
7254                 zone->present_pages = real_size;
7255
7256                 totalpages += size;
7257                 realtotalpages += real_size;
7258         }
7259
7260         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7261         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7262         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7263 }
7264
7265 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7266 /*
7267  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7268  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7269  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7270  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7271  * bytes.
7272  */
7273 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7274 {
7275         unsigned long usemapsize;
7276
7277         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7278         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7279         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7280         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7281         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7282
7283         return usemapsize / 8;
7284 }
7285
7286 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7287 {
7288         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7289                                                zone->spanned_pages);
7290         zone->pageblock_flags = NULL;
7291         if (usemapsize) {
7292                 zone->pageblock_flags =
7293                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7294                                             zone_to_nid(zone));
7295                 if (!zone->pageblock_flags)
7296                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7297                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7298         }
7299 }
7300 #else
7301 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7302 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7303
7304 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7305
7306 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7307 void __init set_pageblock_order(void)
7308 {
7309         unsigned int order;
7310
7311         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7312         if (pageblock_order)
7313                 return;
7314
7315         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
7316                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7317         else
7318                 order = MAX_ORDER - 1;
7319
7320         /*
7321          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7322          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7323          * powerpc.
7324          */
7325         pageblock_order = order;
7326 }
7327 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7328
7329 /*
7330  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7331  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7332  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7333  * the kernel config
7334  */
7335 void __init set_pageblock_order(void)
7336 {
7337 }
7338
7339 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7340
7341 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7342                                                 unsigned long present_pages)
7343 {
7344         unsigned long pages = spanned_pages;
7345
7346         /*
7347          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7348          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7349          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7350          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7351          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7352          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7353          */
7354         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7355             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7356                 pages = present_pages;
7357
7358         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7359 }
7360
7361 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7362 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7363 {
7364         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7365
7366         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7367         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7368         ds_queue->split_queue_len = 0;
7369 }
7370 #else
7371 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7372 #endif
7373
7374 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7375 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7376 {
7377         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7378 }
7379 #else
7380 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7381 #endif
7382
7383 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7384 {
7385         pgdat_resize_init(pgdat);
7386
7387         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7388         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7389
7390         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7391         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7392
7393         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7394         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7395 }
7396
7397 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7398                                                         unsigned long remaining_pages)
7399 {
7400         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7401         zone_set_nid(zone, nid);
7402         zone->name = zone_names[idx];
7403         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7404         spin_lock_init(&zone->lock);
7405         zone_seqlock_init(zone);
7406         zone_pcp_init(zone);
7407 }
7408
7409 /*
7410  * Set up the zone data structures
7411  * - init pgdat internals
7412  * - init all zones belonging to this node
7413  *
7414  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7415  */
7416 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7417 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
7418 {
7419         enum zone_type z;
7420         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7421
7422         pgdat_init_internals(pgdat);
7423         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7424                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7425 }
7426 #endif
7427
7428 /*
7429  * Set up the zone data structures:
7430  *   - mark all pages reserved
7431  *   - mark all memory queues empty
7432  *   - clear the memory bitmaps
7433  *
7434  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7435  * NOTE: this function is only called during early init.
7436  */
7437 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7438 {
7439         enum zone_type j;
7440         int nid = pgdat->node_id;
7441
7442         pgdat_init_internals(pgdat);
7443         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7444
7445         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7446                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7447                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7448
7449                 size = zone->spanned_pages;
7450                 freesize = zone->present_pages;
7451
7452                 /*
7453                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7454                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7455                  * and per-cpu initialisations
7456                  */
7457                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7458                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7459                         if (freesize >= memmap_pages) {
7460                                 freesize -= memmap_pages;
7461                                 if (memmap_pages)
7462                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7463                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7464                         } else
7465                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7466                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7467                 }
7468
7469                 /* Account for reserved pages */
7470                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7471                         freesize -= dma_reserve;
7472                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7473                 }
7474
7475                 if (!is_highmem_idx(j))
7476                         nr_kernel_pages += freesize;
7477                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7478                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7479                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7480                 nr_all_pages += freesize;
7481
7482                 /*
7483                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7484                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7485                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7486                  */
7487                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7488
7489                 if (!size)
7490                         continue;
7491
7492                 set_pageblock_order();
7493                 setup_usemap(zone);
7494                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7495         }
7496 }
7497
7498 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7499 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7500 {
7501         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7502         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7503
7504         /* Skip empty nodes */
7505         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7506                 return;
7507
7508         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7509         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7510         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7511         if (!pgdat->node_mem_map) {
7512                 unsigned long size, end;
7513                 struct page *map;
7514
7515                 /*
7516                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7517                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7518                  * for the buddy allocator to function correctly.
7519                  */
7520                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7521                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7522                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7523                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
7524                                           pgdat->node_id);
7525                 if (!map)
7526                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7527                               size, pgdat->node_id);
7528                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7529         }
7530         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7531                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7532                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7533 #ifndef CONFIG_NUMA
7534         /*
7535          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7536          */
7537         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7538                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7539                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7540                         mem_map -= offset;
7541         }
7542 #endif
7543 }
7544 #else
7545 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7546 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7547
7548 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7549 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7550 {
7551         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7552 }
7553 #else
7554 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7555 #endif
7556
7557 static void __init free_area_init_node(int nid)
7558 {
7559         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7560         unsigned long start_pfn = 0;
7561         unsigned long end_pfn = 0;
7562
7563         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7564         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7565
7566         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7567
7568         pgdat->node_id = nid;
7569         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7570         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7571
7572         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7573                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7574                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7575         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7576
7577         alloc_node_mem_map(pgdat);
7578         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7579
7580         free_area_init_core(pgdat);
7581 }
7582
7583 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7584 {
7585         free_area_init_node(nid);
7586 }
7587
7588 #if MAX_NUMNODES > 1
7589 /*
7590  * Figure out the number of possible node ids.
7591  */
7592 void __init setup_nr_node_ids(void)
7593 {
7594         unsigned int highest;
7595
7596         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7597         nr_node_ids = highest + 1;
7598 }
7599 #endif
7600
7601 /**
7602  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7603  *
7604  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7605  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7606  * all the nodes.
7607  *
7608  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7609  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7610  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7611  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7612  *
7613  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7614  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7615  * populated node map.
7616  *
7617  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7618  * requirement (single node).
7619  */
7620 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7621 {
7622         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7623         unsigned long start, end, mask;
7624         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7625         int i, nid;
7626
7627         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7628                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7629                         last_nid = nid;
7630                         last_end = end;
7631                         continue;
7632                 }
7633
7634                 /*
7635                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7636                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7637                  * too coarse to separate the current node from the last.
7638                  */
7639                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7640                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7641                         mask <<= 1;
7642
7643                 /* accumulate all internode masks */
7644                 accl_mask |= mask;
7645         }
7646
7647         /* convert mask to number of pages */
7648         return ~accl_mask + 1;
7649 }
7650
7651 /**
7652  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7653  *
7654  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7655  * memblock_set_node().
7656  */
7657 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7658 {
7659         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7660 }
7661
7662 /*
7663  * early_calculate_totalpages()
7664  * Sum pages in active regions for movable zone.
7665  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7666  */
7667 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7668 {
7669         unsigned long totalpages = 0;
7670         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7671         int i, nid;
7672
7673         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7674                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7675
7676                 totalpages += pages;
7677                 if (pages)
7678                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7679         }
7680         return totalpages;
7681 }
7682
7683 /*
7684  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7685  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7686  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7687  * others
7688  */
7689 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7690 {
7691         int i, nid;
7692         unsigned long usable_startpfn;
7693         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7694         /* save the state before borrow the nodemask */
7695         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7696         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7697         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7698         struct memblock_region *r;
7699
7700         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7701         find_usable_zone_for_movable();
7702
7703         /*
7704          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7705          * options.
7706          */
7707         if (movable_node_is_enabled()) {
7708                 for_each_mem_region(r) {
7709                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7710                                 continue;
7711
7712                         nid = memblock_get_region_node(r);
7713
7714                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7715                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7716                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7717                                 usable_startpfn;
7718                 }
7719
7720                 goto out2;
7721         }
7722
7723         /*
7724          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7725          */
7726         if (mirrored_kernelcore) {
7727                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7728
7729                 for_each_mem_region(r) {
7730                         if (memblock_is_mirror(r))
7731                                 continue;
7732
7733                         nid = memblock_get_region_node(r);
7734
7735                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7736
7737                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7738                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7739                                 continue;
7740                         }
7741
7742                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7743                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7744                                 usable_startpfn;
7745                 }
7746
7747                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7748                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7749
7750                 goto out2;
7751         }
7752
7753         /*
7754          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7755          * amount of necessary memory.
7756          */
7757         if (required_kernelcore_percent)
7758                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7759                                        10000UL;
7760         if (required_movablecore_percent)
7761                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7762                                         10000UL;
7763
7764         /*
7765          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7766          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7767          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7768          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7769          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7770          * what movablecore would have allowed.
7771          */
7772         if (required_movablecore) {
7773                 unsigned long corepages;
7774
7775                 /*
7776                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7777                  * was requested by the user
7778                  */
7779                 required_movablecore =
7780                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7781                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7782                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7783
7784                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7785         }
7786
7787         /*
7788          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7789          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7790          */
7791         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7792                 goto out;
7793
7794         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7795         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7796
7797 restart:
7798         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7799         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7800         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7801                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7802
7803                 /*
7804                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7805                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7806                  * amount of memory for the kernel
7807                  */
7808                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7809                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7810
7811                 /*
7812                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7813                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7814                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7815                  */
7816                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7817
7818                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7819                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7820                         unsigned long size_pages;
7821
7822                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7823                         if (start_pfn >= end_pfn)
7824                                 continue;
7825
7826                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7827                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7828                                 unsigned long kernel_pages;
7829                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7830                                                                 - start_pfn;
7831
7832                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7833                                                         kernelcore_remaining);
7834                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7835                                                         required_kernelcore);
7836
7837                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7838                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7839
7840                                         /*
7841                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7842                                          * that if we have to rebalance
7843                                          * kernelcore across nodes, we will
7844                                          * not double account here
7845                                          */
7846                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7847                                         continue;
7848                                 }
7849                                 start_pfn = usable_startpfn;
7850                         }
7851
7852                         /*
7853                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7854                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7855                          * number of pages used as kernelcore
7856                          */
7857                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7858                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7859                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7860                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7861
7862                         /*
7863                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7864                          * break if the kernelcore for this node has been
7865                          * satisfied
7866                          */
7867                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7868                                                                 size_pages);
7869                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7870                         if (!kernelcore_remaining)
7871                                 break;
7872                 }
7873         }
7874
7875         /*
7876          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7877          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7878          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7879          * satisfied
7880          */
7881         usable_nodes--;
7882         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7883                 goto restart;
7884
7885 out2:
7886         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7887         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7888                 zone_movable_pfn[nid] =
7889                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7890
7891 out:
7892         /* restore the node_state */
7893         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7894 }
7895
7896 /* Any regular or high memory on that node ? */
7897 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7898 {
7899         enum zone_type zone_type;
7900
7901         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7902                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7903                 if (populated_zone(zone)) {
7904                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7905                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7906                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7907                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7908                         break;
7909                 }
7910         }
7911 }
7912
7913 /*
7914  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7915  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7916  */
7917 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7918 {
7919         return false;
7920 }
7921
7922 /**
7923  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7924  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7925  *
7926  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7927  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7928  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7929  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7930  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7931  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7932  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7933  * at arch_max_dma_pfn.
7934  */
7935 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7936 {
7937         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7938         int i, nid, zone;
7939         bool descending;
7940
7941         /* Record where the zone boundaries are */
7942         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7943                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7944         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7945                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7946
7947         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7948         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7949
7950         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7951                 if (descending)
7952                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7953                 else
7954                         zone = i;
7955
7956                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7957                         continue;
7958
7959                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7960                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7961                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7962
7963                 start_pfn = end_pfn;
7964         }
7965
7966         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7967         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7968         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7969
7970         /* Print out the zone ranges */
7971         pr_info("Zone ranges:\n");
7972         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7973                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7974                         continue;
7975                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7976                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7977                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7978                         pr_cont("empty\n");
7979                 else
7980                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7981                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7982                                         << PAGE_SHIFT,
7983                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7984                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7985         }
7986
7987         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7988         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7989         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7990                 if (zone_movable_pfn[i])
7991                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7992                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7993         }
7994
7995         /*
7996          * Print out the early node map, and initialize the
7997          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7998          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7999          */
8000         pr_info("Early memory node ranges\n");
8001         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8002                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
8003                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
8004                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
8005                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
8006         }
8007
8008         /* Initialise every node */
8009         mminit_verify_pageflags_layout();
8010         setup_nr_node_ids();
8011         for_each_online_node(nid) {
8012                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
8013                 free_area_init_node(nid);
8014
8015                 /* Any memory on that node */
8016                 if (pgdat->node_present_pages)
8017                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8018                 check_for_memory(pgdat, nid);
8019         }
8020
8021         memmap_init();
8022 }
8023
8024 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8025                                      unsigned long *percent)
8026 {
8027         unsigned long long coremem;
8028         char *endptr;
8029
8030         if (!p)
8031                 return -EINVAL;
8032
8033         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8034         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8035         if (*endptr == '%') {
8036                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8037                 WARN_ON(coremem > 100);
8038
8039                 *percent = coremem;
8040         } else {
8041                 coremem = memparse(p, &p);
8042                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8043                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8044
8045                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8046                 *percent = 0UL;
8047         }
8048         return 0;
8049 }
8050
8051 /*
8052  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8053  * cannot be reclaimed or migrated.
8054  */
8055 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8056 {
8057         /* parse kernelcore=mirror */
8058         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8059                 mirrored_kernelcore = true;
8060                 return 0;
8061         }
8062
8063         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8064                                   &required_kernelcore_percent);
8065 }
8066
8067 /*
8068  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8069  * can be reclaimed or migrated.
8070  */
8071 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8072 {
8073         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8074                                   &required_movablecore_percent);
8075 }
8076
8077 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8078 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8079
8080 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8081 {
8082         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8083         totalram_pages_add(count);
8084 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8085         if (PageHighMem(page))
8086                 totalhigh_pages_add(count);
8087 #endif
8088 }
8089 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8090
8091 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8092 {
8093         void *pos;
8094         unsigned long pages = 0;
8095
8096         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8097         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8098         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8099                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8100                 void *direct_map_addr;
8101
8102                 /*
8103                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8104                  * because some architectures' virt_to_page()
8105                  * work with aliases.  Getting the direct map
8106                  * address ensures that we get a _writeable_
8107                  * alias for the memset().
8108                  */
8109                 direct_map_addr = page_address(page);
8110                 /*
8111                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8112                  * has not been initialized.
8113                  */
8114                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8115                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8116                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8117
8118                 free_reserved_page(page);
8119         }
8120
8121         if (pages && s)
8122                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
8123                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
8124
8125         return pages;
8126 }
8127
8128 void __init mem_init_print_info(void)
8129 {
8130         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8131         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8132
8133         physpages = get_num_physpages();
8134         codesize = _etext - _stext;
8135         datasize = _edata - _sdata;
8136         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8137         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8138         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8139         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8140
8141         /*
8142          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8143          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8144          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8145          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8146          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8147          */
8148 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8149         do { \
8150                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
8151                         size -= adj; \
8152         } while (0)
8153
8154         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8155                      _sinittext, init_code_size);
8156         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8157         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8158         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8159         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8160
8161 #undef  adj_init_size
8162
8163         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8164 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8165                 ", %luK highmem"
8166 #endif
8167                 ")\n",
8168                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
8169                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
8170                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
8171                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
8172                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
8173                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10)
8174 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8175                 , totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10)
8176 #endif
8177                 );
8178 }
8179
8180 /**
8181  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8182  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8183  *
8184  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8185  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8186  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8187  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8188  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8189  * smaller per-cpu batchsize.
8190  */
8191 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8192 {
8193         dma_reserve = new_dma_reserve;
8194 }
8195
8196 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8197 {
8198         struct zone *zone;
8199
8200         lru_add_drain_cpu(cpu);
8201         drain_pages(cpu);
8202
8203         /*
8204          * Spill the event counters of the dead processor
8205          * into the current processors event counters.
8206          * This artificially elevates the count of the current
8207          * processor.
8208          */
8209         vm_events_fold_cpu(cpu);
8210
8211         /*
8212          * Zero the differential counters of the dead processor
8213          * so that the vm statistics are consistent.
8214          *
8215          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8216          * race with what we are doing.
8217          */
8218         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8219
8220         for_each_populated_zone(zone)
8221                 zone_pcp_update(zone, 0);
8222
8223         return 0;
8224 }
8225
8226 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8227 {
8228         struct zone *zone;
8229
8230         for_each_populated_zone(zone)
8231                 zone_pcp_update(zone, 1);
8232         return 0;
8233 }
8234
8235 #ifdef CONFIG_NUMA
8236 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8237
8238 static int __init set_hashdist(char *str)
8239 {
8240         if (!str)
8241                 return 0;
8242         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8243         return 1;
8244 }
8245 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8246 #endif
8247
8248 void __init page_alloc_init(void)
8249 {
8250         int ret;
8251
8252 #ifdef CONFIG_NUMA
8253         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8254                 hashdist = 0;
8255 #endif
8256
8257         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8258                                         "mm/page_alloc:pcp",
8259                                         page_alloc_cpu_online,
8260                                         page_alloc_cpu_dead);
8261         WARN_ON(ret < 0);
8262 }
8263
8264 /*
8265  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8266  *      or min_free_kbytes changes.
8267  */
8268 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8269 {
8270         struct pglist_data *pgdat;
8271         unsigned long reserve_pages = 0;
8272         enum zone_type i, j;
8273
8274         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8275
8276                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8277
8278                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8279                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8280                         long max = 0;
8281                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8282
8283                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8284                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8285                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8286                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8287                         }
8288
8289                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8290                         max += high_wmark_pages(zone);
8291
8292                         if (max > managed_pages)
8293                                 max = managed_pages;
8294
8295                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8296
8297                         reserve_pages += max;
8298                 }
8299         }
8300         totalreserve_pages = reserve_pages;
8301 }
8302
8303 /*
8304  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8305  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8306  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8307  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8308  */
8309 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8310 {
8311         struct pglist_data *pgdat;
8312         enum zone_type i, j;
8313
8314         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8315                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8316                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8317                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8318                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8319                         unsigned long managed_pages = 0;
8320
8321                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8322                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8323
8324                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8325
8326                                 if (clear)
8327                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8328                                 else
8329                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8330                         }
8331                 }
8332         }
8333
8334         /* update totalreserve_pages */
8335         calculate_totalreserve_pages();
8336 }
8337
8338 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8339 {
8340         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8341         unsigned long lowmem_pages = 0;
8342         struct zone *zone;
8343         unsigned long flags;
8344
8345         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8346         for_each_zone(zone) {
8347                 if (!is_highmem(zone))
8348                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8349         }
8350
8351         for_each_zone(zone) {
8352                 u64 tmp;
8353
8354                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8355                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8356                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8357                 if (is_highmem(zone)) {
8358                         /*
8359                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8360                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8361                          * value here.
8362                          *
8363                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8364                          * deltas control async page reclaim, and so should
8365                          * not be capped for highmem.
8366                          */
8367                         unsigned long min_pages;
8368
8369                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8370                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8371                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8372                 } else {
8373                         /*
8374                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8375                          * proportionate to the zone's size.
8376                          */
8377                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8378                 }
8379
8380                 /*
8381                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8382                  * scale factor in proportion to available memory, but
8383                  * ensure a minimum size on small systems.
8384                  */
8385                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8386                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8387                                       watermark_scale_factor, 10000));
8388
8389                 zone->watermark_boost = 0;
8390                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8391                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
8392
8393                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8394         }
8395
8396         /* update totalreserve_pages */
8397         calculate_totalreserve_pages();
8398 }
8399
8400 /**
8401  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8402  * or when memory is hot-{added|removed}
8403  *
8404  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8405  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8406  */
8407 void setup_per_zone_wmarks(void)
8408 {
8409         struct zone *zone;
8410         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8411
8412         spin_lock(&lock);
8413         __setup_per_zone_wmarks();
8414         spin_unlock(&lock);
8415
8416         /*
8417          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8418          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8419          */
8420         for_each_zone(zone)
8421                 zone_pcp_update(zone, 0);
8422 }
8423
8424 /*
8425  * Initialise min_free_kbytes.
8426  *
8427  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8428  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8429  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8430  *
8431  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8432  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8433  *
8434  * which yields
8435  *
8436  * 16MB:        512k
8437  * 32MB:        724k
8438  * 64MB:        1024k
8439  * 128MB:       1448k
8440  * 256MB:       2048k
8441  * 512MB:       2896k
8442  * 1024MB:      4096k
8443  * 2048MB:      5792k
8444  * 4096MB:      8192k
8445  * 8192MB:      11584k
8446  * 16384MB:     16384k
8447  */
8448 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8449 {
8450         unsigned long lowmem_kbytes;
8451         int new_min_free_kbytes;
8452
8453         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8454         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8455
8456         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
8457                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
8458                 if (min_free_kbytes < 128)
8459                         min_free_kbytes = 128;
8460                 if (min_free_kbytes > 262144)
8461                         min_free_kbytes = 262144;
8462         } else {
8463                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8464                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8465         }
8466         setup_per_zone_wmarks();
8467         refresh_zone_stat_thresholds();
8468         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8469
8470 #ifdef CONFIG_NUMA
8471         setup_min_unmapped_ratio();
8472         setup_min_slab_ratio();
8473 #endif
8474
8475         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8476
8477         return 0;
8478 }
8479 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8480
8481 /*
8482  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8483  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8484  *      changes.
8485  */
8486 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8487                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8488 {
8489         int rc;
8490
8491         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8492         if (rc)
8493                 return rc;
8494
8495         if (write) {
8496                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8497                 setup_per_zone_wmarks();
8498         }
8499         return 0;
8500 }
8501
8502 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8503                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8504 {
8505         int rc;
8506
8507         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8508         if (rc)
8509                 return rc;
8510
8511         if (write)
8512                 setup_per_zone_wmarks();
8513
8514         return 0;
8515 }
8516
8517 #ifdef CONFIG_NUMA
8518 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8519 {
8520         pg_data_t *pgdat;
8521         struct zone *zone;
8522
8523         for_each_online_pgdat(pgdat)
8524                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8525
8526         for_each_zone(zone)
8527                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8528                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8529 }
8530
8531
8532 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8533                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8534 {
8535         int rc;
8536
8537         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8538         if (rc)
8539                 return rc;
8540
8541         setup_min_unmapped_ratio();
8542
8543         return 0;
8544 }
8545
8546 static void setup_min_slab_ratio(void)
8547 {
8548         pg_data_t *pgdat;
8549         struct zone *zone;
8550
8551         for_each_online_pgdat(pgdat)
8552                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8553
8554         for_each_zone(zone)
8555                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8556                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8557 }
8558
8559 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8560                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8561 {
8562         int rc;
8563
8564         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8565         if (rc)
8566                 return rc;
8567
8568         setup_min_slab_ratio();
8569
8570         return 0;
8571 }
8572 #endif
8573
8574 /*
8575  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8576  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8577  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8578  *
8579  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8580  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8581  * if in function of the boot time zone sizes.
8582  */
8583 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8584                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8585 {
8586         int i;
8587
8588         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8589
8590         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8591                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8592                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8593         }
8594
8595         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8596         return 0;
8597 }
8598
8599 /*
8600  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8601  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8602  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8603  */
8604 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
8605                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8606 {
8607         struct zone *zone;
8608         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
8609         int ret;
8610
8611         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8612         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
8613
8614         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8615         if (!write || ret < 0)
8616                 goto out;
8617
8618         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8619         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
8620             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
8621                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
8622                 ret = -EINVAL;
8623                 goto out;
8624         }
8625
8626         /* No change? */
8627         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
8628                 goto out;
8629
8630         for_each_populated_zone(zone)
8631                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
8632 out:
8633         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8634         return ret;
8635 }
8636
8637 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8638 /*
8639  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8640  * is not known to alloc_large_system_hash().
8641  */
8642 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8643 {
8644         return 0;
8645 }
8646 #endif
8647
8648 /*
8649  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8650  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8651  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8652  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8653  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8654  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8655  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8656  */
8657 #if __BITS_PER_LONG > 32
8658 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8659 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8660 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8661 #endif
8662
8663 /*
8664  * allocate a large system hash table from bootmem
8665  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8666  *   quantity of entries
8667  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8668  */
8669 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8670                                      unsigned long bucketsize,
8671                                      unsigned long numentries,
8672                                      int scale,
8673                                      int flags,
8674                                      unsigned int *_hash_shift,
8675                                      unsigned int *_hash_mask,
8676                                      unsigned long low_limit,
8677                                      unsigned long high_limit)
8678 {
8679         unsigned long long max = high_limit;
8680         unsigned long log2qty, size;
8681         void *table = NULL;
8682         gfp_t gfp_flags;
8683         bool virt;
8684         bool huge;
8685
8686         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8687         if (!numentries) {
8688                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8689                 numentries = nr_kernel_pages;
8690                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8691
8692                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8693                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8694                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8695
8696 #if __BITS_PER_LONG > 32
8697                 if (!high_limit) {
8698                         unsigned long adapt;
8699
8700                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8701                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8702                                 scale++;
8703                 }
8704 #endif
8705
8706                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8707                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8708                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8709                 else
8710                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8711
8712                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8713                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8714                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8715                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8716                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8717                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8718                                 BUG_ON(!numentries);
8719                         }
8720                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8721                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8722         }
8723         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8724
8725         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8726         if (max == 0) {
8727                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8728                 do_div(max, bucketsize);
8729         }
8730         max = min(max, 0x80000000ULL);
8731
8732         if (numentries < low_limit)
8733                 numentries = low_limit;
8734         if (numentries > max)
8735                 numentries = max;
8736
8737         log2qty = ilog2(numentries);
8738
8739         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8740         do {
8741                 virt = false;
8742                 size = bucketsize << log2qty;
8743                 if (flags & HASH_EARLY) {
8744                         if (flags & HASH_ZERO)
8745                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8746                         else
8747                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8748                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8749                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8750                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8751                         virt = true;
8752                         huge = is_vm_area_hugepages(table);
8753                 } else {
8754                         /*
8755                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8756                          * some pages at the end of hash table which
8757                          * alloc_pages_exact() automatically does
8758                          */
8759                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8760                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8761                 }
8762         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8763
8764         if (!table)
8765                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8766
8767         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8768                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8769                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
8770
8771         if (_hash_shift)
8772                 *_hash_shift = log2qty;
8773         if (_hash_mask)
8774                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8775
8776         return table;
8777 }
8778
8779 /*
8780  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8781  *
8782  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8783  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8784  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8785  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8786  *
8787  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8788  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8789  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8790  *
8791  */
8792 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8793                                  int migratetype, int flags)
8794 {
8795         unsigned long iter = 0;
8796         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8797         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8798
8799         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8800                 /*
8801                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8802                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8803                  * so consider them movable here.
8804                  */
8805                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8806                         return NULL;
8807
8808                 return page;
8809         }
8810
8811         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8812                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8813                         continue;
8814
8815                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8816
8817                 /*
8818                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8819                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8820                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8821                  * specifying "movablecore".
8822                  */
8823                 if (PageReserved(page))
8824                         return page;
8825
8826                 /*
8827                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8828                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8829                  * is movable.
8830                  */
8831                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8832                         continue;
8833
8834                 /*
8835                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8836                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8837                  * We need not scan over tail pages because we don't
8838                  * handle each tail page individually in migration.
8839                  */
8840                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8841                         struct page *head = compound_head(page);
8842                         unsigned int skip_pages;
8843
8844                         if (PageHuge(page)) {
8845                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8846                                         return page;
8847                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8848                                 return page;
8849                         }
8850
8851                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8852                         iter += skip_pages - 1;
8853                         continue;
8854                 }
8855
8856                 /*
8857                  * We can't use page_count without pin a page
8858                  * because another CPU can free compound page.
8859                  * This check already skips compound tails of THP
8860                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8861                  */
8862                 if (!page_ref_count(page)) {
8863                         if (PageBuddy(page))
8864                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8865                         continue;
8866                 }
8867
8868                 /*
8869                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8870                  * page_count() is not 0.
8871                  */
8872                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8873                         continue;
8874
8875                 /*
8876                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8877                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8878                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8879                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8880                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8881                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8882                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8883                  * (false negatives in this function only)
8884                  */
8885                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8886                         continue;
8887
8888                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8889                         continue;
8890
8891                 /*
8892                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8893                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8894                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8895                  */
8896                 return page;
8897         }
8898         return NULL;
8899 }
8900
8901 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8902 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8903 {
8904         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8905                              pageblock_nr_pages) - 1);
8906 }
8907
8908 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8909 {
8910         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8911                                 pageblock_nr_pages));
8912 }
8913
8914 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
8915         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
8916 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
8917 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8918 {
8919         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
8920
8921         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
8922                 struct page *page;
8923
8924                 dump_stack();
8925                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
8926                         dump_page(page, "migration failure");
8927         }
8928 }
8929 #else
8930 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8931 {
8932 }
8933 #endif
8934
8935 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8936 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8937                                         unsigned long start, unsigned long end)
8938 {
8939         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8940         unsigned int nr_reclaimed;
8941         unsigned long pfn = start;
8942         unsigned int tries = 0;
8943         int ret = 0;
8944         struct migration_target_control mtc = {
8945                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
8946                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
8947         };
8948
8949         lru_cache_disable();
8950
8951         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8952                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8953                         ret = -EINTR;
8954                         break;
8955                 }
8956
8957                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8958                         cc->nr_migratepages = 0;
8959                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8960                         if (ret && ret != -EAGAIN)
8961                                 break;
8962                         pfn = cc->migrate_pfn;
8963                         tries = 0;
8964                 } else if (++tries == 5) {
8965                         ret = -EBUSY;
8966                         break;
8967                 }
8968
8969                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8970                                                         &cc->migratepages);
8971                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8972
8973                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
8974                                 NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8975
8976                 /*
8977                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
8978                  * to retry again over this error, so do the same here.
8979                  */
8980                 if (ret == -ENOMEM)
8981                         break;
8982         }
8983
8984         lru_cache_enable();
8985         if (ret < 0) {
8986                 if (ret == -EBUSY)
8987                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
8988                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8989                 return ret;
8990         }
8991         return 0;
8992 }
8993
8994 /**
8995  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8996  * @start:      start PFN to allocate
8997  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8998  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
8999  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
9000  *                      in range must have the same migratetype and it must
9001  *                      be either of the two.
9002  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
9003  *
9004  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
9005  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
9006  *
9007  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
9008  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
9009  * be modified by others.
9010  *
9011  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9012  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9013  * need to be freed with free_contig_range().
9014  */
9015 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9016                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9017 {
9018         unsigned long outer_start, outer_end;
9019         unsigned int order;
9020         int ret = 0;
9021
9022         struct compact_control cc = {
9023                 .nr_migratepages = 0,
9024                 .order = -1,
9025                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9026                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9027                 .ignore_skip_hint = true,
9028                 .no_set_skip_hint = true,
9029                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9030                 .alloc_contig = true,
9031         };
9032         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9033
9034         /*
9035          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9036          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9037          * have different sizes, and due to the way page allocator
9038          * work, we align the range to biggest of the two pages so
9039          * that page allocator won't try to merge buddies from
9040          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
9041          * other migration type.
9042          *
9043          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9044          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9045          * we are interested in).  This will put all the pages in
9046          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9047          *
9048          * When this is done, we take the pages in range from page
9049          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9050          * page allocator will never consider using them.
9051          *
9052          * This lets us mark the pageblocks back as
9053          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9054          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9055          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9056          */
9057
9058         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9059                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
9060         if (ret)
9061                 return ret;
9062
9063         drain_all_pages(cc.zone);
9064
9065         /*
9066          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9067          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9068          * which will report the busy page.
9069          *
9070          * It is possible that busy pages could become available before
9071          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9072          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9073          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9074          */
9075         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9076         if (ret && ret != -EBUSY)
9077                 goto done;
9078         ret = 0;
9079
9080         /*
9081          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
9082          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9083          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9084          * What we are going to do is to allocate all pages from
9085          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9086          *
9087          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9088          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9089          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9090          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9091          * once this is done free the pages we are not interested in.
9092          *
9093          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9094          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9095          */
9096
9097         order = 0;
9098         outer_start = start;
9099         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9100                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9101                         outer_start = start;
9102                         break;
9103                 }
9104                 outer_start &= ~0UL << order;
9105         }
9106
9107         if (outer_start != start) {
9108                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9109
9110                 /*
9111                  * outer_start page could be small order buddy page and
9112                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9113                  * in this case to report failed page properly
9114                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9115                  */
9116                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9117                         outer_start = start;
9118         }
9119
9120         /* Make sure the range is really isolated. */
9121         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9122                 ret = -EBUSY;
9123                 goto done;
9124         }
9125
9126         /* Grab isolated pages from freelists. */
9127         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9128         if (!outer_end) {
9129                 ret = -EBUSY;
9130                 goto done;
9131         }
9132
9133         /* Free head and tail (if any) */
9134         if (start != outer_start)
9135                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9136         if (end != outer_end)
9137                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9138
9139 done:
9140         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9141                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
9142         return ret;
9143 }
9144 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9145
9146 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9147                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9148 {
9149         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9150
9151         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9152                                   gfp_mask);
9153 }
9154
9155 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9156                                    unsigned long nr_pages)
9157 {
9158         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9159         struct page *page;
9160
9161         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9162                 page = pfn_to_online_page(i);
9163                 if (!page)
9164                         return false;
9165
9166                 if (page_zone(page) != z)
9167                         return false;
9168
9169                 if (PageReserved(page))
9170                         return false;
9171         }
9172         return true;
9173 }
9174
9175 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9176                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9177 {
9178         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9179
9180         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9181 }
9182
9183 /**
9184  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9185  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9186  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9187  * @nid:        Target node
9188  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9189  *
9190  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9191  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9192  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9193  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9194  *
9195  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9196  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
9197  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9198  *
9199  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9200  * __free_page() on each allocated page.
9201  *
9202  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9203  */
9204 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9205                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9206 {
9207         unsigned long ret, pfn, flags;
9208         struct zonelist *zonelist;
9209         struct zone *zone;
9210         struct zoneref *z;
9211
9212         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9213         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9214                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9215                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9216
9217                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9218                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9219                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9220                                 /*
9221                                  * We release the zone lock here because
9222                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9223                                  * at some point. If there's an allocation
9224                                  * spinning on this lock, it may win the race
9225                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9226                                  */
9227                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9228                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9229                                                         gfp_mask);
9230                                 if (!ret)
9231                                         return pfn_to_page(pfn);
9232                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9233                         }
9234                         pfn += nr_pages;
9235                 }
9236                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9237         }
9238         return NULL;
9239 }
9240 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9241
9242 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9243 {
9244         unsigned long count = 0;
9245
9246         for (; nr_pages--; pfn++) {
9247                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9248
9249                 count += page_count(page) != 1;
9250                 __free_page(page);
9251         }
9252         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9253 }
9254 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9255
9256 /*
9257  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
9258  * page high values need to be recalculated.
9259  */
9260 void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
9261 {
9262         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9263         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
9264         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9265 }
9266
9267 /*
9268  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9269  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9270  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9271  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9272  *
9273  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9274  */
9275 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9276 {
9277         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9278         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9279         __drain_all_pages(zone, true);
9280 }
9281
9282 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9283 {
9284         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9285         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9286 }
9287
9288 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9289 {
9290         int cpu;
9291         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9292
9293         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9294                 for_each_online_cpu(cpu) {
9295                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9296                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9297                 }
9298                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9299                 free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9300                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9301                 zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9302         }
9303 }
9304
9305 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9306 /*
9307  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9308  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9309  */
9310 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9311 {
9312         unsigned long pfn = start_pfn;
9313         struct page *page;
9314         struct zone *zone;
9315         unsigned int order;
9316         unsigned long flags;
9317
9318         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9319         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9320         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9321         while (pfn < end_pfn) {
9322                 page = pfn_to_page(pfn);
9323                 /*
9324                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9325                  * page_count() is not 0.
9326                  */
9327                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9328                         pfn++;
9329                         continue;
9330                 }
9331                 /*
9332                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9333                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9334                  */
9335                 if (PageOffline(page)) {
9336                         BUG_ON(page_count(page));
9337                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9338                         pfn++;
9339                         continue;
9340                 }
9341
9342                 BUG_ON(page_count(page));
9343                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9344                 order = buddy_order(page);
9345                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9346                 pfn += (1 << order);
9347         }
9348         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9349 }
9350 #endif
9351
9352 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9353 {
9354         struct zone *zone = page_zone(page);
9355         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9356         unsigned long flags;
9357         unsigned int order;
9358
9359         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9360         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9361                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9362
9363                 if (PageBuddy(page_head) && buddy_order(page_head) >= order)
9364                         break;
9365         }
9366         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9367
9368         return order < MAX_ORDER;
9369 }
9370
9371 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9372 /*
9373  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9374  * buddy allocator.
9375  */
9376 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9377                                    struct page *target, int low, int high,
9378                                    int migratetype)
9379 {
9380         unsigned long size = 1 << high;
9381         struct page *current_buddy, *next_page;
9382
9383         while (high > low) {
9384                 high--;
9385                 size >>= 1;
9386
9387                 if (target >= &page[size]) {
9388                         next_page = page + size;
9389                         current_buddy = page;
9390                 } else {
9391                         next_page = page;
9392                         current_buddy = page + size;
9393                 }
9394
9395                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9396                         continue;
9397
9398                 if (current_buddy != target) {
9399                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9400                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9401                         page = next_page;
9402                 }
9403         }
9404 }
9405
9406 /*
9407  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9408  */
9409 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9410 {
9411         struct zone *zone = page_zone(page);
9412         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9413         unsigned long flags;
9414         unsigned int order;
9415         bool ret = false;
9416
9417         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9418         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9419                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9420                 int page_order = buddy_order(page_head);
9421
9422                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9423                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9424                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9425                                                                    pfn_head);
9426
9427                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9428                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9429                                                 page_order, migratetype);
9430                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9431                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9432                         ret = true;
9433                         break;
9434                 }
9435                 if (page_count(page_head) > 0)
9436                         break;
9437         }
9438         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9439         return ret;
9440 }
9441 #endif