Merge branch 'efi-urgent-for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel...
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/sched/mm.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67 #include <linux/ftrace.h>
68 #include <linux/lockdep.h>
69 #include <linux/nmi.h>
70 #include <linux/psi.h>
71
72 #include <asm/sections.h>
73 #include <asm/tlbflush.h>
74 #include <asm/div64.h>
75 #include "internal.h"
76 #include "shuffle.h"
77
78 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
79 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
80 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
81
82 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
83 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
84 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
85 #endif
86
87 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
88
89 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
90 /*
91  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
92  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
93  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
94  * defined in <linux/topology.h>.
95  */
96 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
97 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
98 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
99 #endif
100
101 /* work_structs for global per-cpu drains */
102 struct pcpu_drain {
103         struct zone *zone;
104         struct work_struct work;
105 };
106 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
107 DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
108
109 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
110 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
111 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
112 #endif
113
114 /*
115  * Array of node states.
116  */
117 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
118         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
119         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
120 #ifndef CONFIG_NUMA
121         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
122 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
123         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
124 #endif
125         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
126         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
127 #endif  /* NUMA */
128 };
129 EXPORT_SYMBOL(node_states);
130
131 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
132 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
133 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
134 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
135
136 int percpu_pagelist_fraction;
137 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
138 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
139 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
140 #else
141 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
142 #endif
143 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
144
145 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
146 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
147 #else
148 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
149 #endif
150 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
151
152 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
153 {
154         int ret;
155         bool bool_result;
156
157         if (!buf)
158                 return -EINVAL;
159         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
160         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
161                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
162         if (bool_result)
163                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
164         else
165                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
166         return ret;
167 }
168 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
169
170 static int __init early_init_on_free(char *buf)
171 {
172         int ret;
173         bool bool_result;
174
175         if (!buf)
176                 return -EINVAL;
177         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
178         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
179                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
180         if (bool_result)
181                 static_branch_enable(&init_on_free);
182         else
183                 static_branch_disable(&init_on_free);
184         return ret;
185 }
186 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
187
188 /*
189  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
190  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
191  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
192  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
193  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
194  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
195  */
196 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
197 {
198         return page->index;
199 }
200
201 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
202 {
203         page->index = migratetype;
204 }
205
206 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
207 /*
208  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
209  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
210  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
211  * they should always be called with system_transition_mutex held
212  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
213  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
214  * with that modification).
215  */
216
217 static gfp_t saved_gfp_mask;
218
219 void pm_restore_gfp_mask(void)
220 {
221         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
222         if (saved_gfp_mask) {
223                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
224                 saved_gfp_mask = 0;
225         }
226 }
227
228 void pm_restrict_gfp_mask(void)
229 {
230         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
231         WARN_ON(saved_gfp_mask);
232         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
233         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
234 }
235
236 bool pm_suspended_storage(void)
237 {
238         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
239                 return false;
240         return true;
241 }
242 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
243
244 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
245 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
246 #endif
247
248 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
249
250 /*
251  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
252  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
253  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
254  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
255  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
256  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
257  *
258  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
259  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
260  */
261 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
262 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
263         [ZONE_DMA] = 256,
264 #endif
265 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
266         [ZONE_DMA32] = 256,
267 #endif
268         [ZONE_NORMAL] = 32,
269 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
270         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
271 #endif
272         [ZONE_MOVABLE] = 0,
273 };
274
275 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
276 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
277          "DMA",
278 #endif
279 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
280          "DMA32",
281 #endif
282          "Normal",
283 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
284          "HighMem",
285 #endif
286          "Movable",
287 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
288          "Device",
289 #endif
290 };
291
292 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
293         "Unmovable",
294         "Movable",
295         "Reclaimable",
296         "HighAtomic",
297 #ifdef CONFIG_CMA
298         "CMA",
299 #endif
300 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
301         "Isolate",
302 #endif
303 };
304
305 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
306         NULL,
307         free_compound_page,
308 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
309         free_huge_page,
310 #endif
311 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
312         free_transhuge_page,
313 #endif
314 };
315
316 int min_free_kbytes = 1024;
317 int user_min_free_kbytes = -1;
318 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
319 /*
320  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
321  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
322  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
323  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
324  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
325  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
326  * fragmentation avoidance.
327  */
328 int watermark_boost_factor __read_mostly;
329 #else
330 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
331 #endif
332 int watermark_scale_factor = 10;
333
334 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
335 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
336 static unsigned long dma_reserve __initdata;
337
338 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
339 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
340 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
341 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
342 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
343 static unsigned long required_movablecore __initdata;
344 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
345 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
346 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
347
348 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
349 int movable_zone;
350 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
351 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
352
353 #if MAX_NUMNODES > 1
354 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
355 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
356 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
357 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
358 #endif
359
360 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
361
362 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
363 /*
364  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
365  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
366  * and we can permanently disable that path.
367  */
368 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
369
370 /*
371  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
372  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
373  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
374  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
375  *
376  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
377  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
378  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
379  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
380  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
381  * initialization is done, but this is not likely to happen.
382  */
383 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
384 {
385         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
386                 kasan_free_pages(page, order);
387 }
388
389 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
390 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
391 {
392         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
393
394         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
395                 return true;
396
397         return false;
398 }
399
400 /*
401  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
402  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
403  */
404 static bool __meminit
405 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
406 {
407         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
408
409         /*
410          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
411          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
412          */
413         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
414                 prev_end_pfn = end_pfn;
415                 nr_initialised = 0;
416         }
417
418         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
419         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
420                 return false;
421
422         /*
423          * We start only with one section of pages, more pages are added as
424          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
425          */
426         nr_initialised++;
427         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
428             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
429                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
430                 return true;
431         }
432         return false;
433 }
434 #else
435 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
436
437 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
438 {
439         return false;
440 }
441
442 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
443 {
444         return false;
445 }
446 #endif
447
448 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
449 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
450                                                         unsigned long pfn)
451 {
452 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
453         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
454 #else
455         return page_zone(page)->pageblock_flags;
456 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
457 }
458
459 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
460 {
461 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
462         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
463         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
464 #else
465         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
466         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
467 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
468 }
469
470 /**
471  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
472  * @page: The page within the block of interest
473  * @pfn: The target page frame number
474  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
475  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
476  *
477  * Return: pageblock_bits flags
478  */
479 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
480                                         unsigned long pfn,
481                                         unsigned long end_bitidx,
482                                         unsigned long mask)
483 {
484         unsigned long *bitmap;
485         unsigned long bitidx, word_bitidx;
486         unsigned long word;
487
488         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
489         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
490         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
491         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
492
493         word = bitmap[word_bitidx];
494         bitidx += end_bitidx;
495         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
496 }
497
498 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
499                                         unsigned long end_bitidx,
500                                         unsigned long mask)
501 {
502         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
503 }
504
505 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
506 {
507         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
508 }
509
510 /**
511  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
512  * @page: The page within the block of interest
513  * @flags: The flags to set
514  * @pfn: The target page frame number
515  * @end_bitidx: The last bit of interest
516  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
517  */
518 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
519                                         unsigned long pfn,
520                                         unsigned long end_bitidx,
521                                         unsigned long mask)
522 {
523         unsigned long *bitmap;
524         unsigned long bitidx, word_bitidx;
525         unsigned long old_word, word;
526
527         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
528         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
529
530         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
531         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
532         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
533         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
534
535         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
536
537         bitidx += end_bitidx;
538         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
539         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
540
541         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
542         for (;;) {
543                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
544                 if (word == old_word)
545                         break;
546                 word = old_word;
547         }
548 }
549
550 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
551 {
552         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
553                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
554                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
555
556         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
557                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
558 }
559
560 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
561 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
562 {
563         int ret = 0;
564         unsigned seq;
565         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
566         unsigned long sp, start_pfn;
567
568         do {
569                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
570                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
571                 sp = zone->spanned_pages;
572                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
573                         ret = 1;
574         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
575
576         if (ret)
577                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
578                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
579                         start_pfn, start_pfn + sp);
580
581         return ret;
582 }
583
584 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
585 {
586         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
587                 return 0;
588         if (zone != page_zone(page))
589                 return 0;
590
591         return 1;
592 }
593 /*
594  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
595  */
596 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
597 {
598         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
599                 return 1;
600         if (!page_is_consistent(zone, page))
601                 return 1;
602
603         return 0;
604 }
605 #else
606 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
607 {
608         return 0;
609 }
610 #endif
611
612 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
613                 unsigned long bad_flags)
614 {
615         static unsigned long resume;
616         static unsigned long nr_shown;
617         static unsigned long nr_unshown;
618
619         /*
620          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
621          * or allow a steady drip of one report per second.
622          */
623         if (nr_shown == 60) {
624                 if (time_before(jiffies, resume)) {
625                         nr_unshown++;
626                         goto out;
627                 }
628                 if (nr_unshown) {
629                         pr_alert(
630                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
631                                 nr_unshown);
632                         nr_unshown = 0;
633                 }
634                 nr_shown = 0;
635         }
636         if (nr_shown++ == 0)
637                 resume = jiffies + 60 * HZ;
638
639         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
640                 current->comm, page_to_pfn(page));
641         __dump_page(page, reason);
642         bad_flags &= page->flags;
643         if (bad_flags)
644                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
645                                                 bad_flags, &bad_flags);
646         dump_page_owner(page);
647
648         print_modules();
649         dump_stack();
650 out:
651         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
652         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
653         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
654 }
655
656 /*
657  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
658  *
659  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
660  *
661  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
662  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
663  *
664  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
665  * page destructors. See compound_page_dtors.
666  *
667  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
668  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
669  */
670
671 void free_compound_page(struct page *page)
672 {
673         mem_cgroup_uncharge(page);
674         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
675 }
676
677 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
678 {
679         int i;
680         int nr_pages = 1 << order;
681
682         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
683         set_compound_order(page, order);
684         __SetPageHead(page);
685         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
686                 struct page *p = page + i;
687                 set_page_count(p, 0);
688                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
689                 set_compound_head(p, page);
690         }
691         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
692 }
693
694 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
695 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
696
697 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT
698 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(_debug_pagealloc_enabled);
699 #else
700 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
701 #endif
702 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
703
704 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
705
706 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
707 {
708         bool enable = false;
709
710         if (kstrtobool(buf, &enable))
711                 return -EINVAL;
712
713         if (enable)
714                 static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
715
716         return 0;
717 }
718 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
719
720 static void init_debug_guardpage(void)
721 {
722         if (!debug_pagealloc_enabled())
723                 return;
724
725         if (!debug_guardpage_minorder())
726                 return;
727
728         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
729 }
730
731 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
732 {
733         unsigned long res;
734
735         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
736                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
737                 return 0;
738         }
739         _debug_guardpage_minorder = res;
740         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
741         return 0;
742 }
743 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
744
745 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
746                                 unsigned int order, int migratetype)
747 {
748         if (!debug_guardpage_enabled())
749                 return false;
750
751         if (order >= debug_guardpage_minorder())
752                 return false;
753
754         __SetPageGuard(page);
755         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
756         set_page_private(page, order);
757         /* Guard pages are not available for any usage */
758         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
759
760         return true;
761 }
762
763 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
764                                 unsigned int order, int migratetype)
765 {
766         if (!debug_guardpage_enabled())
767                 return;
768
769         __ClearPageGuard(page);
770
771         set_page_private(page, 0);
772         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
773                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
774 }
775 #else
776 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
777                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
778 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
779                                 unsigned int order, int migratetype) {}
780 #endif
781
782 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
783 {
784         set_page_private(page, order);
785         __SetPageBuddy(page);
786 }
787
788 /*
789  * This function checks whether a page is free && is the buddy
790  * we can coalesce a page and its buddy if
791  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
792  * (b) the buddy is in the buddy system &&
793  * (c) a page and its buddy have the same order &&
794  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
795  *
796  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
797  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
798  *
799  * For recording page's order, we use page_private(page).
800  */
801 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
802                                                         unsigned int order)
803 {
804         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
805                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
806                         return 0;
807
808                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
809
810                 return 1;
811         }
812
813         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
814                 /*
815                  * zone check is done late to avoid uselessly
816                  * calculating zone/node ids for pages that could
817                  * never merge.
818                  */
819                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
820                         return 0;
821
822                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
823
824                 return 1;
825         }
826         return 0;
827 }
828
829 #ifdef CONFIG_COMPACTION
830 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
831 {
832         struct capture_control *capc = current->capture_control;
833
834         return capc &&
835                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
836                 !capc->page &&
837                 capc->cc->zone == zone &&
838                 capc->cc->direct_compaction ? capc : NULL;
839 }
840
841 static inline bool
842 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
843                    int order, int migratetype)
844 {
845         if (!capc || order != capc->cc->order)
846                 return false;
847
848         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
849         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
850             is_migrate_isolate(migratetype))
851                 return false;
852
853         /*
854          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
855          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
856          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
857          * have trouble finding a high-order free page.
858          */
859         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
860                 return false;
861
862         capc->page = page;
863         return true;
864 }
865
866 #else
867 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
868 {
869         return NULL;
870 }
871
872 static inline bool
873 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
874                    int order, int migratetype)
875 {
876         return false;
877 }
878 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
879
880 /*
881  * Freeing function for a buddy system allocator.
882  *
883  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
884  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
885  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
886  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
887  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
888  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
889  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
890  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
891  * parts of the VM system.
892  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
893  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
894  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
895  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
896  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
897  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
898  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
899  * triggers coalescing into a block of larger size.
900  *
901  * -- nyc
902  */
903
904 static inline void __free_one_page(struct page *page,
905                 unsigned long pfn,
906                 struct zone *zone, unsigned int order,
907                 int migratetype)
908 {
909         unsigned long combined_pfn;
910         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
911         struct page *buddy;
912         unsigned int max_order;
913         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
914
915         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
916
917         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
918         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
919
920         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
921         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
922                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
923
924         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
925         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
926
927 continue_merging:
928         while (order < max_order - 1) {
929                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
930                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
931                                                                 migratetype);
932                         return;
933                 }
934                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
935                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
936
937                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
938                         goto done_merging;
939                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
940                         goto done_merging;
941                 /*
942                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
943                  * merge with it and move up one order.
944                  */
945                 if (page_is_guard(buddy))
946                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
947                 else
948                         del_page_from_free_area(buddy, &zone->free_area[order]);
949                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
950                 page = page + (combined_pfn - pfn);
951                 pfn = combined_pfn;
952                 order++;
953         }
954         if (max_order < MAX_ORDER) {
955                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
956                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
957                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
958                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
959                  *
960                  * We don't want to hit this code for the more frequent
961                  * low-order merging.
962                  */
963                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
964                         int buddy_mt;
965
966                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
967                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
968                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
969
970                         if (migratetype != buddy_mt
971                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
972                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
973                                 goto done_merging;
974                 }
975                 max_order++;
976                 goto continue_merging;
977         }
978
979 done_merging:
980         set_page_order(page, order);
981
982         /*
983          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
984          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
985          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
986          * that is happening, add the free page to the tail of the list
987          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
988          * as a higher order page
989          */
990         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)
991                         && !is_shuffle_order(order)) {
992                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
993                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
994                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
995                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
996                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
997                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
998                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
999                         add_to_free_area_tail(page, &zone->free_area[order],
1000                                               migratetype);
1001                         return;
1002                 }
1003         }
1004
1005         if (is_shuffle_order(order))
1006                 add_to_free_area_random(page, &zone->free_area[order],
1007                                 migratetype);
1008         else
1009                 add_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
1010
1011 }
1012
1013 /*
1014  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1015  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1016  * check if necessary.
1017  */
1018 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1019                                         unsigned long check_flags)
1020 {
1021         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1022                 return false;
1023
1024         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1025                         page_ref_count(page) |
1026 #ifdef CONFIG_MEMCG
1027                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1028 #endif
1029                         (page->flags & check_flags)))
1030                 return false;
1031
1032         return true;
1033 }
1034
1035 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
1036 {
1037         const char *bad_reason;
1038         unsigned long bad_flags;
1039
1040         bad_reason = NULL;
1041         bad_flags = 0;
1042
1043         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1044                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1045         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1046                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1047         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1048                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1049         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
1050                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1051                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
1052         }
1053 #ifdef CONFIG_MEMCG
1054         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1055                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1056 #endif
1057         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1058 }
1059
1060 static inline int free_pages_check(struct page *page)
1061 {
1062         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1063                 return 0;
1064
1065         /* Something has gone sideways, find it */
1066         free_pages_check_bad(page);
1067         return 1;
1068 }
1069
1070 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1071 {
1072         int ret = 1;
1073
1074         /*
1075          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1076          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1077          */
1078         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1079
1080         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1081                 ret = 0;
1082                 goto out;
1083         }
1084         switch (page - head_page) {
1085         case 1:
1086                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1087                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1088                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
1089                         goto out;
1090                 }
1091                 break;
1092         case 2:
1093                 /*
1094                  * the second tail page: ->mapping is
1095                  * deferred_list.next -- ignore value.
1096                  */
1097                 break;
1098         default:
1099                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1100                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
1101                         goto out;
1102                 }
1103                 break;
1104         }
1105         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1106                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
1107                 goto out;
1108         }
1109         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1110                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
1111                 goto out;
1112         }
1113         ret = 0;
1114 out:
1115         page->mapping = NULL;
1116         clear_compound_head(page);
1117         return ret;
1118 }
1119
1120 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1121 {
1122         int i;
1123
1124         for (i = 0; i < numpages; i++)
1125                 clear_highpage(page + i);
1126 }
1127
1128 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1129                                         unsigned int order, bool check_free)
1130 {
1131         int bad = 0;
1132
1133         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1134
1135         trace_mm_page_free(page, order);
1136
1137         /*
1138          * Check tail pages before head page information is cleared to
1139          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1140          */
1141         if (unlikely(order)) {
1142                 bool compound = PageCompound(page);
1143                 int i;
1144
1145                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1146
1147                 if (compound)
1148                         ClearPageDoubleMap(page);
1149                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1150                         if (compound)
1151                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1152                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1153                                 bad++;
1154                                 continue;
1155                         }
1156                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1157                 }
1158         }
1159         if (PageMappingFlags(page))
1160                 page->mapping = NULL;
1161         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1162                 __memcg_kmem_uncharge(page, order);
1163         if (check_free)
1164                 bad += free_pages_check(page);
1165         if (bad)
1166                 return false;
1167
1168         page_cpupid_reset_last(page);
1169         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1170         reset_page_owner(page, order);
1171
1172         if (!PageHighMem(page)) {
1173                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1174                                            PAGE_SIZE << order);
1175                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1176                                            PAGE_SIZE << order);
1177         }
1178         if (want_init_on_free())
1179                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1180
1181         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1182         /*
1183          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1184          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1185          * happen after this.
1186          */
1187         arch_free_page(page, order);
1188
1189         if (debug_pagealloc_enabled())
1190                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1191
1192         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1193
1194         return true;
1195 }
1196
1197 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1198 /*
1199  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1200  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1201  * moved from pcp lists to free lists.
1202  */
1203 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1204 {
1205         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1206 }
1207
1208 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1209 {
1210         if (debug_pagealloc_enabled())
1211                 return free_pages_check(page);
1212         else
1213                 return false;
1214 }
1215 #else
1216 /*
1217  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1218  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1219  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1220  * to the pcp lists.
1221  */
1222 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1223 {
1224         if (debug_pagealloc_enabled())
1225                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1226         else
1227                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1228 }
1229
1230 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1231 {
1232         return free_pages_check(page);
1233 }
1234 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1235
1236 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1237 {
1238         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1239         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1240         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1241
1242         prefetch(buddy);
1243 }
1244
1245 /*
1246  * Frees a number of pages from the PCP lists
1247  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1248  * count is the number of pages to free.
1249  *
1250  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1251  * see if this freeing clears that state.
1252  *
1253  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1254  * pinned" detection logic.
1255  */
1256 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1257                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1258 {
1259         int migratetype = 0;
1260         int batch_free = 0;
1261         int prefetch_nr = 0;
1262         bool isolated_pageblocks;
1263         struct page *page, *tmp;
1264         LIST_HEAD(head);
1265
1266         while (count) {
1267                 struct list_head *list;
1268
1269                 /*
1270                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1271                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1272                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1273                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1274                  * lists
1275                  */
1276                 do {
1277                         batch_free++;
1278                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1279                                 migratetype = 0;
1280                         list = &pcp->lists[migratetype];
1281                 } while (list_empty(list));
1282
1283                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1284                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1285                         batch_free = count;
1286
1287                 do {
1288                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1289                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1290                         list_del(&page->lru);
1291                         pcp->count--;
1292
1293                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1294                                 continue;
1295
1296                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1297
1298                         /*
1299                          * We are going to put the page back to the global
1300                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1301                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1302                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1303                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1304                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1305                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1306                          */
1307                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1308                                 prefetch_buddy(page);
1309                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1310         }
1311
1312         spin_lock(&zone->lock);
1313         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1314
1315         /*
1316          * Use safe version since after __free_one_page(),
1317          * page->lru.next will not point to original list.
1318          */
1319         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1320                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1321                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1322                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1323                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1324                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1325                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1326
1327                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1328                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1329         }
1330         spin_unlock(&zone->lock);
1331 }
1332
1333 static void free_one_page(struct zone *zone,
1334                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1335                                 unsigned int order,
1336                                 int migratetype)
1337 {
1338         spin_lock(&zone->lock);
1339         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1340                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1341                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1342         }
1343         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1344         spin_unlock(&zone->lock);
1345 }
1346
1347 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1348                                 unsigned long zone, int nid)
1349 {
1350         mm_zero_struct_page(page);
1351         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1352         init_page_count(page);
1353         page_mapcount_reset(page);
1354         page_cpupid_reset_last(page);
1355         page_kasan_tag_reset(page);
1356
1357         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1358 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1359         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1360         if (!is_highmem_idx(zone))
1361                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1362 #endif
1363 }
1364
1365 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1366 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1367 {
1368         pg_data_t *pgdat;
1369         int nid, zid;
1370
1371         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1372                 return;
1373
1374         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1375         pgdat = NODE_DATA(nid);
1376
1377         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1378                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1379
1380                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1381                         break;
1382         }
1383         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1384 }
1385 #else
1386 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1387 {
1388 }
1389 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1390
1391 /*
1392  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1393  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1394  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1395  * sent to the buddy page allocator.
1396  */
1397 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1398 {
1399         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1400         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1401
1402         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1403                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1404                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1405
1406                         init_reserved_page(start_pfn);
1407
1408                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1409                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1410
1411                         /*
1412                          * no need for atomic set_bit because the struct
1413                          * page is not visible yet so nobody should
1414                          * access it yet.
1415                          */
1416                         __SetPageReserved(page);
1417                 }
1418         }
1419 }
1420
1421 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1422 {
1423         unsigned long flags;
1424         int migratetype;
1425         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1426
1427         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1428                 return;
1429
1430         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1431         local_irq_save(flags);
1432         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1433         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1434         local_irq_restore(flags);
1435 }
1436
1437 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1438 {
1439         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1440         struct page *p = page;
1441         unsigned int loop;
1442
1443         prefetchw(p);
1444         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1445                 prefetchw(p + 1);
1446                 __ClearPageReserved(p);
1447                 set_page_count(p, 0);
1448         }
1449         __ClearPageReserved(p);
1450         set_page_count(p, 0);
1451
1452         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1453         set_page_refcounted(page);
1454         __free_pages(page, order);
1455 }
1456
1457 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1458         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1459
1460 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1461
1462 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1463 {
1464         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1465         int nid;
1466
1467         spin_lock(&early_pfn_lock);
1468         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1469         if (nid < 0)
1470                 nid = first_online_node;
1471         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1472
1473         return nid;
1474 }
1475 #endif
1476
1477 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1478 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1479 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1480 {
1481         int nid;
1482
1483         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1484         if (nid >= 0 && nid != node)
1485                 return false;
1486         return true;
1487 }
1488
1489 #else
1490 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1491 {
1492         return true;
1493 }
1494 #endif
1495
1496
1497 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1498                                                         unsigned int order)
1499 {
1500         if (early_page_uninitialised(pfn))
1501                 return;
1502         __free_pages_core(page, order);
1503 }
1504
1505 /*
1506  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1507  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1508  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1509  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1510  * pageblocks.
1511  *
1512  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1513  *
1514  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1515  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1516  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1517  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1518  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1519  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1520  * page in a pageblock.
1521  */
1522 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1523                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1524 {
1525         struct page *start_page;
1526         struct page *end_page;
1527
1528         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1529         end_pfn--;
1530
1531         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1532                 return NULL;
1533
1534         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1535         if (!start_page)
1536                 return NULL;
1537
1538         if (page_zone(start_page) != zone)
1539                 return NULL;
1540
1541         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1542
1543         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1544         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1545                 return NULL;
1546
1547         return start_page;
1548 }
1549
1550 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1551 {
1552         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1553         unsigned long block_end_pfn;
1554
1555         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1556         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1557                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1558                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1559
1560                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1561
1562                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1563                                              block_end_pfn, zone))
1564                         return;
1565         }
1566
1567         /* We confirm that there is no hole */
1568         zone->contiguous = true;
1569 }
1570
1571 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1572 {
1573         zone->contiguous = false;
1574 }
1575
1576 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1577 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1578                                        unsigned long nr_pages)
1579 {
1580         struct page *page;
1581         unsigned long i;
1582
1583         if (!nr_pages)
1584                 return;
1585
1586         page = pfn_to_page(pfn);
1587
1588         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1589         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1590             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1591                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1592                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1593                 return;
1594         }
1595
1596         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1597                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1598                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1599                 __free_pages_core(page, 0);
1600         }
1601 }
1602
1603 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1604 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1605 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1606
1607 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1608 {
1609         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1610                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1611 }
1612
1613 /*
1614  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1615  *
1616  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1617  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1618  * function is optimized out.
1619  *
1620  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1621  * of the head pfn.
1622  */
1623 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1624 {
1625         if (!pfn_valid_within(pfn))
1626                 return false;
1627         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1628                 return false;
1629         return true;
1630 }
1631
1632 /*
1633  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1634  * pageblock_nr_pages sizes.
1635  */
1636 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1637                                        unsigned long end_pfn)
1638 {
1639         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1640         unsigned long nr_free = 0;
1641
1642         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1643                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1644                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1645                         nr_free = 0;
1646                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1647                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1648                         nr_free = 1;
1649                         touch_nmi_watchdog();
1650                 } else {
1651                         nr_free++;
1652                 }
1653         }
1654         /* Free the last block of pages to allocator */
1655         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1656 }
1657
1658 /*
1659  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1660  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1661  * Return number of pages initialized.
1662  */
1663 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1664                                                  unsigned long pfn,
1665                                                  unsigned long end_pfn)
1666 {
1667         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1668         int nid = zone_to_nid(zone);
1669         unsigned long nr_pages = 0;
1670         int zid = zone_idx(zone);
1671         struct page *page = NULL;
1672
1673         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1674                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1675                         page = NULL;
1676                         continue;
1677                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1678                         page = pfn_to_page(pfn);
1679                         touch_nmi_watchdog();
1680                 } else {
1681                         page++;
1682                 }
1683                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1684                 nr_pages++;
1685         }
1686         return (nr_pages);
1687 }
1688
1689 /*
1690  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1691  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1692  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1693  * return false indicating there are no valid ranges left.
1694  */
1695 static bool __init
1696 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1697                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1698                                     unsigned long first_init_pfn)
1699 {
1700         u64 j;
1701
1702         /*
1703          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1704          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1705          * so we just need to flush them out of the system.
1706          */
1707         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1708                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1709                         continue;
1710                 if (*spfn < first_init_pfn)
1711                         *spfn = first_init_pfn;
1712                 *i = j;
1713                 return true;
1714         }
1715
1716         return false;
1717 }
1718
1719 /*
1720  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1721  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1722  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1723  * page in __free_one_page()).
1724  *
1725  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1726  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1727  * any issues with the buddy page computation.
1728  */
1729 static unsigned long __init
1730 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1731                        unsigned long *end_pfn)
1732 {
1733         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1734         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1735         unsigned long nr_pages = 0;
1736         u64 j = *i;
1737
1738         /* First we loop through and initialize the page values */
1739         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1740                 unsigned long t;
1741
1742                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1743                         break;
1744
1745                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1746                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1747
1748                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1749                         *start_pfn = mo_pfn;
1750                         break;
1751                 }
1752         }
1753
1754         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1755         swap(j, *i);
1756
1757         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1758                 unsigned long t;
1759
1760                 if (mo_pfn <= spfn)
1761                         break;
1762
1763                 t = min(mo_pfn, epfn);
1764                 deferred_free_pages(spfn, t);
1765
1766                 if (mo_pfn <= epfn)
1767                         break;
1768         }
1769
1770         return nr_pages;
1771 }
1772
1773 /* Initialise remaining memory on a node */
1774 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1775 {
1776         pg_data_t *pgdat = data;
1777         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1778         unsigned long spfn = 0, epfn = 0, nr_pages = 0;
1779         unsigned long first_init_pfn, flags;
1780         unsigned long start = jiffies;
1781         struct zone *zone;
1782         int zid;
1783         u64 i;
1784
1785         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1786         if (!cpumask_empty(cpumask))
1787                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1788
1789         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1790         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1791         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1792                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1793                 pgdat_init_report_one_done();
1794                 return 0;
1795         }
1796
1797         /* Sanity check boundaries */
1798         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1799         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1800         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1801
1802         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1803         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1804                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1805                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1806                         break;
1807         }
1808
1809         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1810         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1811                                                  first_init_pfn))
1812                 goto zone_empty;
1813
1814         /*
1815          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1816          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1817          * allocator.
1818          */
1819         while (spfn < epfn)
1820                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1821 zone_empty:
1822         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1823
1824         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1825         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1826
1827         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n",
1828                 pgdat->node_id, nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1829
1830         pgdat_init_report_one_done();
1831         return 0;
1832 }
1833
1834 /*
1835  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1836  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1837  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1838  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1839  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1840  *
1841  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1842  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1843  * enough pages to satisfy the allocation.
1844  *
1845  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1846  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1847  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1848  */
1849 static noinline bool __init
1850 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1851 {
1852         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1853         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1854         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1855         unsigned long spfn, epfn, flags;
1856         unsigned long nr_pages = 0;
1857         u64 i;
1858
1859         /* Only the last zone may have deferred pages */
1860         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1861                 return false;
1862
1863         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1864
1865         /*
1866          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1867          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1868          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1869          * has this static branch.
1870          */
1871         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1872                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1873                 return true;
1874         }
1875
1876         /*
1877          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1878          * true, as there might be enough pages already.
1879          */
1880         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1881                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1882                 return true;
1883         }
1884
1885         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1886         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1887                                                  first_deferred_pfn)) {
1888                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1889                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1890                 /* Retry only once. */
1891                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1892         }
1893
1894         /*
1895          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1896          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1897          * allocator.
1898          */
1899         while (spfn < epfn) {
1900                 /* update our first deferred PFN for this section */
1901                 first_deferred_pfn = spfn;
1902
1903                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1904
1905                 /* We should only stop along section boundaries */
1906                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1907                         continue;
1908
1909                 /* If our quota has been met we can stop here */
1910                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1911                         break;
1912         }
1913
1914         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1915         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1916
1917         return nr_pages > 0;
1918 }
1919
1920 /*
1921  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1922  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1923  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1924  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1925  */
1926 static bool __ref
1927 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1928 {
1929         return deferred_grow_zone(zone, order);
1930 }
1931
1932 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1933
1934 void __init page_alloc_init_late(void)
1935 {
1936         struct zone *zone;
1937         int nid;
1938
1939 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1940
1941         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1942         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1943         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1944                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1945         }
1946
1947         /* Block until all are initialised */
1948         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1949
1950         /*
1951          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1952          * on-demand struct page initialization.
1953          */
1954         static_branch_disable(&deferred_pages);
1955
1956         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1957         files_maxfiles_init();
1958 #endif
1959
1960         /* Discard memblock private memory */
1961         memblock_discard();
1962
1963         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
1964                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
1965
1966         for_each_populated_zone(zone)
1967                 set_zone_contiguous(zone);
1968
1969 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
1970         init_debug_guardpage();
1971 #endif
1972 }
1973
1974 #ifdef CONFIG_CMA
1975 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1976 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1977 {
1978         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1979         struct page *p = page;
1980
1981         do {
1982                 __ClearPageReserved(p);
1983                 set_page_count(p, 0);
1984         } while (++p, --i);
1985
1986         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1987
1988         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1989                 i = pageblock_nr_pages;
1990                 p = page;
1991                 do {
1992                         set_page_refcounted(p);
1993                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1994                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1995                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1996         } else {
1997                 set_page_refcounted(page);
1998                 __free_pages(page, pageblock_order);
1999         }
2000
2001         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2002 }
2003 #endif
2004
2005 /*
2006  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2007  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2008  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2009  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2010  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2011  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2012  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2013  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2014  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2015  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2016  *
2017  * -- nyc
2018  */
2019 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2020         int low, int high, struct free_area *area,
2021         int migratetype)
2022 {
2023         unsigned long size = 1 << high;
2024
2025         while (high > low) {
2026                 area--;
2027                 high--;
2028                 size >>= 1;
2029                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2030
2031                 /*
2032                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2033                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2034                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2035                  * pages will stay not present in virtual address space
2036                  */
2037                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2038                         continue;
2039
2040                 add_to_free_area(&page[size], area, migratetype);
2041                 set_page_order(&page[size], high);
2042         }
2043 }
2044
2045 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2046 {
2047         const char *bad_reason = NULL;
2048         unsigned long bad_flags = 0;
2049
2050         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
2051                 bad_reason = "nonzero mapcount";
2052         if (unlikely(page->mapping != NULL))
2053                 bad_reason = "non-NULL mapping";
2054         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
2055                 bad_reason = "nonzero _refcount";
2056         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2057                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
2058                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
2059                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2060                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2061                 return;
2062         }
2063         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
2064                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
2065                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
2066         }
2067 #ifdef CONFIG_MEMCG
2068         if (unlikely(page->mem_cgroup))
2069                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
2070 #endif
2071         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
2072 }
2073
2074 /*
2075  * This page is about to be returned from the page allocator
2076  */
2077 static inline int check_new_page(struct page *page)
2078 {
2079         if (likely(page_expected_state(page,
2080                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2081                 return 0;
2082
2083         check_new_page_bad(page);
2084         return 1;
2085 }
2086
2087 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2088 {
2089         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2090                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2091 }
2092
2093 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2094 /*
2095  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2096  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2097  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2098  */
2099 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2100 {
2101         if (debug_pagealloc_enabled())
2102                 return check_new_page(page);
2103         else
2104                 return false;
2105 }
2106
2107 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2108 {
2109         return check_new_page(page);
2110 }
2111 #else
2112 /*
2113  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2114  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2115  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2116  */
2117 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2118 {
2119         return check_new_page(page);
2120 }
2121 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2122 {
2123         if (debug_pagealloc_enabled())
2124                 return check_new_page(page);
2125         else
2126                 return false;
2127 }
2128 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2129
2130 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2131 {
2132         int i;
2133         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2134                 struct page *p = page + i;
2135
2136                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2137                         return true;
2138         }
2139
2140         return false;
2141 }
2142
2143 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2144                                 gfp_t gfp_flags)
2145 {
2146         set_page_private(page, 0);
2147         set_page_refcounted(page);
2148
2149         arch_alloc_page(page, order);
2150         if (debug_pagealloc_enabled())
2151                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2152         kasan_alloc_pages(page, order);
2153         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2154         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2155 }
2156
2157 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2158                                                         unsigned int alloc_flags)
2159 {
2160         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2161
2162         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2163                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2164
2165         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2166                 prep_compound_page(page, order);
2167
2168         /*
2169          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2170          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2171          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2172          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2173          */
2174         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2175                 set_page_pfmemalloc(page);
2176         else
2177                 clear_page_pfmemalloc(page);
2178 }
2179
2180 /*
2181  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2182  * the smallest available page from the freelists
2183  */
2184 static __always_inline
2185 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2186                                                 int migratetype)
2187 {
2188         unsigned int current_order;
2189         struct free_area *area;
2190         struct page *page;
2191
2192         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2193         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2194                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2195                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2196                 if (!page)
2197                         continue;
2198                 del_page_from_free_area(page, area);
2199                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
2200                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2201                 return page;
2202         }
2203
2204         return NULL;
2205 }
2206
2207
2208 /*
2209  * This array describes the order lists are fallen back to when
2210  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2211  */
2212 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2213         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2214         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2215         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2216 #ifdef CONFIG_CMA
2217         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2218 #endif
2219 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2220         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2221 #endif
2222 };
2223
2224 #ifdef CONFIG_CMA
2225 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2226                                         unsigned int order)
2227 {
2228         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2229 }
2230 #else
2231 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2232                                         unsigned int order) { return NULL; }
2233 #endif
2234
2235 /*
2236  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2237  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2238  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2239  */
2240 static int move_freepages(struct zone *zone,
2241                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2242                           int migratetype, int *num_movable)
2243 {
2244         struct page *page;
2245         unsigned int order;
2246         int pages_moved = 0;
2247
2248         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2249                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2250                         page++;
2251                         continue;
2252                 }
2253
2254                 if (!PageBuddy(page)) {
2255                         /*
2256                          * We assume that pages that could be isolated for
2257                          * migration are movable. But we don't actually try
2258                          * isolating, as that would be expensive.
2259                          */
2260                         if (num_movable &&
2261                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2262                                 (*num_movable)++;
2263
2264                         page++;
2265                         continue;
2266                 }
2267
2268                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2269                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2270                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2271
2272                 order = page_order(page);
2273                 move_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
2274                 page += 1 << order;
2275                 pages_moved += 1 << order;
2276         }
2277
2278         return pages_moved;
2279 }
2280
2281 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2282                                 int migratetype, int *num_movable)
2283 {
2284         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2285         struct page *start_page, *end_page;
2286
2287         if (num_movable)
2288                 *num_movable = 0;
2289
2290         start_pfn = page_to_pfn(page);
2291         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2292         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2293         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2294         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2295
2296         /* Do not cross zone boundaries */
2297         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2298                 start_page = page;
2299         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2300                 return 0;
2301
2302         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2303                                                                 num_movable);
2304 }
2305
2306 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2307                                         int start_order, int migratetype)
2308 {
2309         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2310
2311         while (nr_pageblocks--) {
2312                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2313                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2314         }
2315 }
2316
2317 /*
2318  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2319  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2320  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2321  *
2322  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2323  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2324  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2325  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2326  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2327  * pageblocks.
2328  */
2329 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2330 {
2331         /*
2332          * Leaving this order check is intended, although there is
2333          * relaxed order check in next check. The reason is that
2334          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2335          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2336          * so could be changed anytime.
2337          */
2338         if (order >= pageblock_order)
2339                 return true;
2340
2341         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2342                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2343                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2344                 page_group_by_mobility_disabled)
2345                 return true;
2346
2347         return false;
2348 }
2349
2350 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2351 {
2352         unsigned long max_boost;
2353
2354         if (!watermark_boost_factor)
2355                 return;
2356
2357         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2358                         watermark_boost_factor, 10000);
2359
2360         /*
2361          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2362          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2363          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2364          * allocations that early means that reclaim is not going
2365          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2366          * boosted watermark resulting in a hang.
2367          */
2368         if (!max_boost)
2369                 return;
2370
2371         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2372
2373         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2374                 max_boost);
2375 }
2376
2377 /*
2378  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2379  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2380  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2381  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2382  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2383  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2384  */
2385 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2386                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2387 {
2388         unsigned int current_order = page_order(page);
2389         struct free_area *area;
2390         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2391         int old_block_type;
2392
2393         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2394
2395         /*
2396          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2397          * highatomic accounting.
2398          */
2399         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2400                 goto single_page;
2401
2402         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2403         if (current_order >= pageblock_order) {
2404                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2405                 goto single_page;
2406         }
2407
2408         /*
2409          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2410          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2411          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2412          */
2413         boost_watermark(zone);
2414         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2415                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2416
2417         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2418         if (!whole_block)
2419                 goto single_page;
2420
2421         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2422                                                 &movable_pages);
2423         /*
2424          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2425          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2426          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2427          */
2428         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2429                 alike_pages = movable_pages;
2430         } else {
2431                 /*
2432                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2433                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2434                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2435                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2436                  * exact migratetype of non-movable pages.
2437                  */
2438                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2439                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2440                                                 - (free_pages + movable_pages);
2441                 else
2442                         alike_pages = 0;
2443         }
2444
2445         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2446         if (!free_pages)
2447                 goto single_page;
2448
2449         /*
2450          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2451          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2452          */
2453         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2454                         page_group_by_mobility_disabled)
2455                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2456
2457         return;
2458
2459 single_page:
2460         area = &zone->free_area[current_order];
2461         move_to_free_area(page, area, start_type);
2462 }
2463
2464 /*
2465  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2466  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2467  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2468  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2469  */
2470 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2471                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2472 {
2473         int i;
2474         int fallback_mt;
2475
2476         if (area->nr_free == 0)
2477                 return -1;
2478
2479         *can_steal = false;
2480         for (i = 0;; i++) {
2481                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2482                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2483                         break;
2484
2485                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2486                         continue;
2487
2488                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2489                         *can_steal = true;
2490
2491                 if (!only_stealable)
2492                         return fallback_mt;
2493
2494                 if (*can_steal)
2495                         return fallback_mt;
2496         }
2497
2498         return -1;
2499 }
2500
2501 /*
2502  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2503  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2504  */
2505 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2506                                 unsigned int alloc_order)
2507 {
2508         int mt;
2509         unsigned long max_managed, flags;
2510
2511         /*
2512          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2513          * Check is race-prone but harmless.
2514          */
2515         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2516         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2517                 return;
2518
2519         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2520
2521         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2522         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2523                 goto out_unlock;
2524
2525         /* Yoink! */
2526         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2527         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2528             && !is_migrate_cma(mt)) {
2529                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2530                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2531                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2532         }
2533
2534 out_unlock:
2535         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2536 }
2537
2538 /*
2539  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2540  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2541  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2542  * to recover from than an OOM.
2543  *
2544  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2545  * pageblock is exhausted.
2546  */
2547 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2548                                                 bool force)
2549 {
2550         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2551         unsigned long flags;
2552         struct zoneref *z;
2553         struct zone *zone;
2554         struct page *page;
2555         int order;
2556         bool ret;
2557
2558         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2559                                                                 ac->nodemask) {
2560                 /*
2561                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2562                  * is really high.
2563                  */
2564                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2565                                         pageblock_nr_pages)
2566                         continue;
2567
2568                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2569                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2570                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2571
2572                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2573                         if (!page)
2574                                 continue;
2575
2576                         /*
2577                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2578                          * we can counter several free pages in a pageblock
2579                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2580                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2581                          * adjust the count once.
2582                          */
2583                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2584                                 /*
2585                                  * It should never happen but changes to
2586                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2587                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2588                                  * while unreserving so be safe and watch for
2589                                  * underflows.
2590                                  */
2591                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2592                                                 pageblock_nr_pages,
2593                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2594                         }
2595
2596                         /*
2597                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2598                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2599                          * is doing the work and needs the pages. More
2600                          * importantly, if the block was always converted to
2601                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2602                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2603                          * may increase.
2604                          */
2605                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2606                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2607                                                                         NULL);
2608                         if (ret) {
2609                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2610                                 return ret;
2611                         }
2612                 }
2613                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2614         }
2615
2616         return false;
2617 }
2618
2619 /*
2620  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2621  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2622  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2623  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2624  *
2625  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2626  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2627  * condition simpler.
2628  */
2629 static __always_inline bool
2630 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2631                                                 unsigned int alloc_flags)
2632 {
2633         struct free_area *area;
2634         int current_order;
2635         int min_order = order;
2636         struct page *page;
2637         int fallback_mt;
2638         bool can_steal;
2639
2640         /*
2641          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2642          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2643          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2644          */
2645         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2646                 min_order = pageblock_order;
2647
2648         /*
2649          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2650          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2651          * would be too costly to do exactly.
2652          */
2653         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2654                                 --current_order) {
2655                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2656                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2657                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2658                 if (fallback_mt == -1)
2659                         continue;
2660
2661                 /*
2662                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2663                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2664                  * steal and split the smallest available page instead of the
2665                  * largest available page, because even if the next movable
2666                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2667                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2668                  */
2669                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2670                                         && current_order > order)
2671                         goto find_smallest;
2672
2673                 goto do_steal;
2674         }
2675
2676         return false;
2677
2678 find_smallest:
2679         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2680                                                         current_order++) {
2681                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2682                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2683                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2684                 if (fallback_mt != -1)
2685                         break;
2686         }
2687
2688         /*
2689          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2690          * when looking for the largest page.
2691          */
2692         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2693
2694 do_steal:
2695         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2696
2697         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2698                                                                 can_steal);
2699
2700         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2701                 start_migratetype, fallback_mt);
2702
2703         return true;
2704
2705 }
2706
2707 /*
2708  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2709  * Call me with the zone->lock already held.
2710  */
2711 static __always_inline struct page *
2712 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2713                                                 unsigned int alloc_flags)
2714 {
2715         struct page *page;
2716
2717 retry:
2718         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2719         if (unlikely(!page)) {
2720                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2721                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2722
2723                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2724                                                                 alloc_flags))
2725                         goto retry;
2726         }
2727
2728         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2729         return page;
2730 }
2731
2732 /*
2733  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2734  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2735  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2736  */
2737 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2738                         unsigned long count, struct list_head *list,
2739                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2740 {
2741         int i, alloced = 0;
2742
2743         spin_lock(&zone->lock);
2744         for (i = 0; i < count; ++i) {
2745                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2746                                                                 alloc_flags);
2747                 if (unlikely(page == NULL))
2748                         break;
2749
2750                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2751                         continue;
2752
2753                 /*
2754                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2755                  * physical page order. The page is added to the tail of
2756                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2757                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2758                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2759                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2760                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2761                  * pages are ordered properly.
2762                  */
2763                 list_add_tail(&page->lru, list);
2764                 alloced++;
2765                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2766                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2767                                               -(1 << order));
2768         }
2769
2770         /*
2771          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2772          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2773          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2774          * pages added to the pcp list.
2775          */
2776         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2777         spin_unlock(&zone->lock);
2778         return alloced;
2779 }
2780
2781 #ifdef CONFIG_NUMA
2782 /*
2783  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2784  * currently executing processor on remote nodes after they have
2785  * expired.
2786  *
2787  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2788  * a single processor.
2789  */
2790 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2791 {
2792         unsigned long flags;
2793         int to_drain, batch;
2794
2795         local_irq_save(flags);
2796         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2797         to_drain = min(pcp->count, batch);
2798         if (to_drain > 0)
2799                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2800         local_irq_restore(flags);
2801 }
2802 #endif
2803
2804 /*
2805  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2806  *
2807  * The processor must either be the current processor and the
2808  * thread pinned to the current processor or a processor that
2809  * is not online.
2810  */
2811 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2812 {
2813         unsigned long flags;
2814         struct per_cpu_pageset *pset;
2815         struct per_cpu_pages *pcp;
2816
2817         local_irq_save(flags);
2818         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2819
2820         pcp = &pset->pcp;
2821         if (pcp->count)
2822                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2823         local_irq_restore(flags);
2824 }
2825
2826 /*
2827  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2828  *
2829  * The processor must either be the current processor and the
2830  * thread pinned to the current processor or a processor that
2831  * is not online.
2832  */
2833 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2834 {
2835         struct zone *zone;
2836
2837         for_each_populated_zone(zone) {
2838                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2839         }
2840 }
2841
2842 /*
2843  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2844  *
2845  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2846  * the single zone's pages.
2847  */
2848 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2849 {
2850         int cpu = smp_processor_id();
2851
2852         if (zone)
2853                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2854         else
2855                 drain_pages(cpu);
2856 }
2857
2858 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2859 {
2860         struct pcpu_drain *drain;
2861
2862         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2863
2864         /*
2865          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2866          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2867          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2868          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2869          * a different one.
2870          */
2871         preempt_disable();
2872         drain_local_pages(drain->zone);
2873         preempt_enable();
2874 }
2875
2876 /*
2877  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2878  *
2879  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2880  *
2881  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2882  */
2883 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2884 {
2885         int cpu;
2886
2887         /*
2888          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2889          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2890          */
2891         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2892
2893         /*
2894          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2895          * initialized.
2896          */
2897         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2898                 return;
2899
2900         /*
2901          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2902          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2903          * the drain to be complete when the call returns.
2904          */
2905         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2906                 if (!zone)
2907                         return;
2908                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2909         }
2910
2911         /*
2912          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2913          * as offline notification will cause the notified
2914          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2915          * disables preemption as part of its processing
2916          */
2917         for_each_online_cpu(cpu) {
2918                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2919                 struct zone *z;
2920                 bool has_pcps = false;
2921
2922                 if (zone) {
2923                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2924                         if (pcp->pcp.count)
2925                                 has_pcps = true;
2926                 } else {
2927                         for_each_populated_zone(z) {
2928                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2929                                 if (pcp->pcp.count) {
2930                                         has_pcps = true;
2931                                         break;
2932                                 }
2933                         }
2934                 }
2935
2936                 if (has_pcps)
2937                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2938                 else
2939                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2940         }
2941
2942         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2943                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2944
2945                 drain->zone = zone;
2946                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
2947                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
2948         }
2949         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2950                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
2951
2952         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2953 }
2954
2955 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2956
2957 /*
2958  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2959  */
2960 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2961
2962 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2963 {
2964         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2965         unsigned long flags;
2966         unsigned int order, t;
2967         struct page *page;
2968
2969         if (zone_is_empty(zone))
2970                 return;
2971
2972         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2973
2974         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2975         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2976                 if (pfn_valid(pfn)) {
2977                         page = pfn_to_page(pfn);
2978
2979                         if (!--page_count) {
2980                                 touch_nmi_watchdog();
2981                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2982                         }
2983
2984                         if (page_zone(page) != zone)
2985                                 continue;
2986
2987                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2988                                 swsusp_unset_page_free(page);
2989                 }
2990
2991         for_each_migratetype_order(order, t) {
2992                 list_for_each_entry(page,
2993                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2994                         unsigned long i;
2995
2996                         pfn = page_to_pfn(page);
2997                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2998                                 if (!--page_count) {
2999                                         touch_nmi_watchdog();
3000                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3001                                 }
3002                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3003                         }
3004                 }
3005         }
3006         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3007 }
3008 #endif /* CONFIG_PM */
3009
3010 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3011 {
3012         int migratetype;
3013
3014         if (!free_pcp_prepare(page))
3015                 return false;
3016
3017         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3018         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3019         return true;
3020 }
3021
3022 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3023 {
3024         struct zone *zone = page_zone(page);
3025         struct per_cpu_pages *pcp;
3026         int migratetype;
3027
3028         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3029         __count_vm_event(PGFREE);
3030
3031         /*
3032          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3033          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3034          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3035          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3036          * excessively into the page allocator
3037          */
3038         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3039                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3040                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
3041                         return;
3042                 }
3043                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3044         }
3045
3046         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3047         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3048         pcp->count++;
3049         if (pcp->count >= pcp->high) {
3050                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3051                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3052         }
3053 }
3054
3055 /*
3056  * Free a 0-order page
3057  */
3058 void free_unref_page(struct page *page)
3059 {
3060         unsigned long flags;
3061         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3062
3063         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3064                 return;
3065
3066         local_irq_save(flags);
3067         free_unref_page_commit(page, pfn);
3068         local_irq_restore(flags);
3069 }
3070
3071 /*
3072  * Free a list of 0-order pages
3073  */
3074 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3075 {
3076         struct page *page, *next;
3077         unsigned long flags, pfn;
3078         int batch_count = 0;
3079
3080         /* Prepare pages for freeing */
3081         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3082                 pfn = page_to_pfn(page);
3083                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3084                         list_del(&page->lru);
3085                 set_page_private(page, pfn);
3086         }
3087
3088         local_irq_save(flags);
3089         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3090                 unsigned long pfn = page_private(page);
3091
3092                 set_page_private(page, 0);
3093                 trace_mm_page_free_batched(page);
3094                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3095
3096                 /*
3097                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3098                  * a large list of pages to free.
3099                  */
3100                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3101                         local_irq_restore(flags);
3102                         batch_count = 0;
3103                         local_irq_save(flags);
3104                 }
3105         }
3106         local_irq_restore(flags);
3107 }
3108
3109 /*
3110  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3111  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3112  * Each sub-page must be freed individually.
3113  *
3114  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3115  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3116  */
3117 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3118 {
3119         int i;
3120
3121         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3122         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3123
3124         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3125                 set_page_refcounted(page + i);
3126         split_page_owner(page, order);
3127 }
3128 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3129
3130 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3131 {
3132         struct free_area *area = &page_zone(page)->free_area[order];
3133         unsigned long watermark;
3134         struct zone *zone;
3135         int mt;
3136
3137         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3138
3139         zone = page_zone(page);
3140         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3141
3142         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3143                 /*
3144                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3145                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3146                  * watermark, because we already know our high-order page
3147                  * exists.
3148                  */
3149                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3150                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3151                         return 0;
3152
3153                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3154         }
3155
3156         /* Remove page from free list */
3157
3158         del_page_from_free_area(page, area);
3159
3160         /*
3161          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3162          * pageblock
3163          */
3164         if (order >= pageblock_order - 1) {
3165                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3166                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3167                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3168                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3169                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3170                                 set_pageblock_migratetype(page,
3171                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3172                 }
3173         }
3174
3175
3176         return 1UL << order;
3177 }
3178
3179 /*
3180  * Update NUMA hit/miss statistics
3181  *
3182  * Must be called with interrupts disabled.
3183  */
3184 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3185 {
3186 #ifdef CONFIG_NUMA
3187         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3188
3189         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3190         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3191                 return;
3192
3193         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3194                 local_stat = NUMA_OTHER;
3195
3196         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3197                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3198         else {
3199                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3200                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3201         }
3202         __inc_numa_state(z, local_stat);
3203 #endif
3204 }
3205
3206 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3207 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3208                         unsigned int alloc_flags,
3209                         struct per_cpu_pages *pcp,
3210                         struct list_head *list)
3211 {
3212         struct page *page;
3213
3214         do {
3215                 if (list_empty(list)) {
3216                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3217                                         pcp->batch, list,
3218                                         migratetype, alloc_flags);
3219                         if (unlikely(list_empty(list)))
3220                                 return NULL;
3221                 }
3222
3223                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3224                 list_del(&page->lru);
3225                 pcp->count--;
3226         } while (check_new_pcp(page));
3227
3228         return page;
3229 }
3230
3231 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3232 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3233                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3234                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3235 {
3236         struct per_cpu_pages *pcp;
3237         struct list_head *list;
3238         struct page *page;
3239         unsigned long flags;
3240
3241         local_irq_save(flags);
3242         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3243         list = &pcp->lists[migratetype];
3244         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3245         if (page) {
3246                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3247                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3248         }
3249         local_irq_restore(flags);
3250         return page;
3251 }
3252
3253 /*
3254  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3255  */
3256 static inline
3257 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3258                         struct zone *zone, unsigned int order,
3259                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3260                         int migratetype)
3261 {
3262         unsigned long flags;
3263         struct page *page;
3264
3265         if (likely(order == 0)) {
3266                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3267                                         migratetype, alloc_flags);
3268                 goto out;
3269         }
3270
3271         /*
3272          * We most definitely don't want callers attempting to
3273          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3274          */
3275         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3276         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3277
3278         do {
3279                 page = NULL;
3280                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3281                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3282                         if (page)
3283                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3284                 }
3285                 if (!page)
3286                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3287         } while (page && check_new_pages(page, order));
3288         spin_unlock(&zone->lock);
3289         if (!page)
3290                 goto failed;
3291         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3292                                   get_pcppage_migratetype(page));
3293
3294         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3295         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3296         local_irq_restore(flags);
3297
3298 out:
3299         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3300         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3301                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3302                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3303         }
3304
3305         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3306         return page;
3307
3308 failed:
3309         local_irq_restore(flags);
3310         return NULL;
3311 }
3312
3313 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3314
3315 static struct {
3316         struct fault_attr attr;
3317
3318         bool ignore_gfp_highmem;
3319         bool ignore_gfp_reclaim;
3320         u32 min_order;
3321 } fail_page_alloc = {
3322         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3323         .ignore_gfp_reclaim = true,
3324         .ignore_gfp_highmem = true,
3325         .min_order = 1,
3326 };
3327
3328 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3329 {
3330         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3331 }
3332 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3333
3334 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3335 {
3336         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3337                 return false;
3338         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3339                 return false;
3340         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3341                 return false;
3342         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3343                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3344                 return false;
3345
3346         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3347 }
3348
3349 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3350
3351 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3352 {
3353         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3354         struct dentry *dir;
3355
3356         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3357                                         &fail_page_alloc.attr);
3358
3359         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3360                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3361         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3362                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3363         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3364
3365         return 0;
3366 }
3367
3368 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3369
3370 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3371
3372 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3373
3374 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3375 {
3376         return false;
3377 }
3378
3379 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3380
3381 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3382 {
3383         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3384 }
3385 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3386
3387 /*
3388  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3389  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3390  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3391  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3392  */
3393 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3394                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3395                          long free_pages)
3396 {
3397         long min = mark;
3398         int o;
3399         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3400
3401         /* free_pages may go negative - that's OK */
3402         free_pages -= (1 << order) - 1;
3403
3404         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3405                 min -= min / 2;
3406
3407         /*
3408          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3409          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3410          * atomic reserve but it avoids a search.
3411          */
3412         if (likely(!alloc_harder)) {
3413                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3414         } else {
3415                 /*
3416                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3417                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3418                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3419                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3420                  */
3421                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3422                         min -= min / 2;
3423                 else
3424                         min -= min / 4;
3425         }
3426
3427
3428 #ifdef CONFIG_CMA
3429         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3430         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3431                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3432 #endif
3433
3434         /*
3435          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3436          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3437          * even if a suitable page happened to be free.
3438          */
3439         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3440                 return false;
3441
3442         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3443         if (!order)
3444                 return true;
3445
3446         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3447         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3448                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3449                 int mt;
3450
3451                 if (!area->nr_free)
3452                         continue;
3453
3454                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3455                         if (!free_area_empty(area, mt))
3456                                 return true;
3457                 }
3458
3459 #ifdef CONFIG_CMA
3460                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3461                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3462                         return true;
3463                 }
3464 #endif
3465                 if (alloc_harder &&
3466                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3467                         return true;
3468         }
3469         return false;
3470 }
3471
3472 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3473                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3474 {
3475         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3476                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3477 }
3478
3479 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3480                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3481 {
3482         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3483         long cma_pages = 0;
3484
3485 #ifdef CONFIG_CMA
3486         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3487         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3488                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3489 #endif
3490
3491         /*
3492          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3493          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3494          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3495          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3496          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3497          */
3498         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3499                 return true;
3500
3501         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3502                                         free_pages);
3503 }
3504
3505 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3506                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3507 {
3508         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3509
3510         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3511                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3512
3513         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3514                                                                 free_pages);
3515 }
3516
3517 #ifdef CONFIG_NUMA
3518 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3519 {
3520         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3521                                 node_reclaim_distance;
3522 }
3523 #else   /* CONFIG_NUMA */
3524 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3525 {
3526         return true;
3527 }
3528 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3529
3530 /*
3531  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3532  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3533  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3534  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3535  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3536  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3537  */
3538 static inline unsigned int
3539 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3540 {
3541         unsigned int alloc_flags = 0;
3542
3543         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3544                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
3545
3546 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3547         if (!zone)
3548                 return alloc_flags;
3549
3550         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3551                 return alloc_flags;
3552
3553         /*
3554          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3555          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3556          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3557          */
3558         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3559         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3560                 return alloc_flags;
3561
3562         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3563 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3564         return alloc_flags;
3565 }
3566
3567 /*
3568  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3569  * a page.
3570  */
3571 static struct page *
3572 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3573                                                 const struct alloc_context *ac)
3574 {
3575         struct zoneref *z;
3576         struct zone *zone;
3577         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3578         bool no_fallback;
3579
3580 retry:
3581         /*
3582          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3583          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3584          */
3585         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3586         z = ac->preferred_zoneref;
3587         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3588                                                                 ac->nodemask) {
3589                 struct page *page;
3590                 unsigned long mark;
3591
3592                 if (cpusets_enabled() &&
3593                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3594                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3595                                 continue;
3596                 /*
3597                  * When allocating a page cache page for writing, we
3598                  * want to get it from a node that is within its dirty
3599                  * limit, such that no single node holds more than its
3600                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3601                  * The dirty limits take into account the node's
3602                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3603                  * should be able to balance it without having to
3604                  * write pages from its LRU list.
3605                  *
3606                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3607                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3608                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3609                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3610                  * nodes are together not big enough to reach the
3611                  * global limit.  The proper fix for these situations
3612                  * will require awareness of nodes in the
3613                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3614                  */
3615                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3616                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3617                                 continue;
3618
3619                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3620                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3621                                 continue;
3622                         }
3623                 }
3624
3625                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3626                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3627                         int local_nid;
3628
3629                         /*
3630                          * If moving to a remote node, retry but allow
3631                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3632                          * than fragmentation avoidance.
3633                          */
3634                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3635                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3636                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3637                                 goto retry;
3638                         }
3639                 }
3640
3641                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3642                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3643                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3644                         int ret;
3645
3646 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3647                         /*
3648                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3649                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3650                          */
3651                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3652                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3653                                         goto try_this_zone;
3654                         }
3655 #endif
3656                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3657                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3658                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3659                                 goto try_this_zone;
3660
3661                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3662                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3663                                 continue;
3664
3665                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3666                         switch (ret) {
3667                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3668                                 /* did not scan */
3669                                 continue;
3670                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3671                                 /* scanned but unreclaimable */
3672                                 continue;
3673                         default:
3674                                 /* did we reclaim enough */
3675                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3676                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3677                                         goto try_this_zone;
3678
3679                                 continue;
3680                         }
3681                 }
3682
3683 try_this_zone:
3684                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3685                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3686                 if (page) {
3687                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3688
3689                         /*
3690                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3691                          * if the pageblock should be reserved for the future
3692                          */
3693                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3694                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3695
3696                         return page;
3697                 } else {
3698 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3699                         /* Try again if zone has deferred pages */
3700                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3701                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3702                                         goto try_this_zone;
3703                         }
3704 #endif
3705                 }
3706         }
3707
3708         /*
3709          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3710          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3711          */
3712         if (no_fallback) {
3713                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3714                 goto retry;
3715         }
3716
3717         return NULL;
3718 }
3719
3720 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3721 {
3722         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3723         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3724
3725         if (!__ratelimit(&show_mem_rs))
3726                 return;
3727
3728         /*
3729          * This documents exceptions given to allocations in certain
3730          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3731          * of allowed nodes.
3732          */
3733         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3734                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3735                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3736                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3737         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3738                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3739
3740         show_mem(filter, nodemask);
3741 }
3742
3743 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3744 {
3745         struct va_format vaf;
3746         va_list args;
3747         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3748                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3749
3750         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3751                 return;
3752
3753         va_start(args, fmt);
3754         vaf.fmt = fmt;
3755         vaf.va = &args;
3756         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3757                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3758                         nodemask_pr_args(nodemask));
3759         va_end(args);
3760
3761         cpuset_print_current_mems_allowed();
3762         pr_cont("\n");
3763         dump_stack();
3764         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3765 }
3766
3767 static inline struct page *
3768 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3769                               unsigned int alloc_flags,
3770                               const struct alloc_context *ac)
3771 {
3772         struct page *page;
3773
3774         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3775                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3776         /*
3777          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3778          * are depleted
3779          */
3780         if (!page)
3781                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3782                                 alloc_flags, ac);
3783
3784         return page;
3785 }
3786
3787 static inline struct page *
3788 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3789         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3790 {
3791         struct oom_control oc = {
3792                 .zonelist = ac->zonelist,
3793                 .nodemask = ac->nodemask,
3794                 .memcg = NULL,
3795                 .gfp_mask = gfp_mask,
3796                 .order = order,
3797         };
3798         struct page *page;
3799
3800         *did_some_progress = 0;
3801
3802         /*
3803          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3804          * making progress for us.
3805          */
3806         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3807                 *did_some_progress = 1;
3808                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3809                 return NULL;
3810         }
3811
3812         /*
3813          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3814          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3815          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3816          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3817          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3818          */
3819         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3820                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3821                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3822         if (page)
3823                 goto out;
3824
3825         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3826         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3827                 goto out;
3828         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3829         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3830                 goto out;
3831         /*
3832          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3833          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3834          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3835          * fallback than shooting a random task.
3836          */
3837         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3838                 goto out;
3839         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3840         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3841                 goto out;
3842         if (pm_suspended_storage())
3843                 goto out;
3844         /*
3845          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3846          * other request to make a forward progress.
3847          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3848          * do much for this context but let's try it to at least get
3849          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3850          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3851          * failures more gracefully we should just bail out here.
3852          */
3853
3854         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3855         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3856                 goto out;
3857
3858         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3859         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3860                 *did_some_progress = 1;
3861
3862                 /*
3863                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3864                  * reserves
3865                  */
3866                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3867                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3868                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3869         }
3870 out:
3871         mutex_unlock(&oom_lock);
3872         return page;
3873 }
3874
3875 /*
3876  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3877  * killer is consider as the only way to move forward.
3878  */
3879 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3880
3881 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3882 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3883 static struct page *
3884 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3885                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3886                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3887 {
3888         struct page *page = NULL;
3889         unsigned long pflags;
3890         unsigned int noreclaim_flag;
3891
3892         if (!order)
3893                 return NULL;
3894
3895         psi_memstall_enter(&pflags);
3896         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3897
3898         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3899                                                                 prio, &page);
3900
3901         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3902         psi_memstall_leave(&pflags);
3903
3904         /*
3905          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3906          * count a compaction stall
3907          */
3908         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3909
3910         /* Prep a captured page if available */
3911         if (page)
3912                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3913
3914         /* Try get a page from the freelist if available */
3915         if (!page)
3916                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3917
3918         if (page) {
3919                 struct zone *zone = page_zone(page);
3920
3921                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3922                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3923                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3924                 return page;
3925         }
3926
3927         /*
3928          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3929          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3930          */
3931         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3932
3933         cond_resched();
3934
3935         return NULL;
3936 }
3937
3938 static inline bool
3939 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3940                      enum compact_result compact_result,
3941                      enum compact_priority *compact_priority,
3942                      int *compaction_retries)
3943 {
3944         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3945         int min_priority;
3946         bool ret = false;
3947         int retries = *compaction_retries;
3948         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3949
3950         if (!order)
3951                 return false;
3952
3953         if (compaction_made_progress(compact_result))
3954                 (*compaction_retries)++;
3955
3956         /*
3957          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3958          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3959          * failure could be caused by insufficient priority
3960          */
3961         if (compaction_failed(compact_result))
3962                 goto check_priority;
3963
3964         /*
3965          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
3966          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
3967          */
3968         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
3969                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3970                 goto out;
3971         }
3972
3973         /*
3974          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3975          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3976          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
3977          * we don't just keep bailing out endlessly.
3978          */
3979         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3980                 goto check_priority;
3981         }
3982
3983         /*
3984          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3985          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3986          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3987          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3988          * would need much more detailed feedback from compaction to
3989          * make a better decision.
3990          */
3991         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3992                 max_retries /= 4;
3993         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3994                 ret = true;
3995                 goto out;
3996         }
3997
3998         /*
3999          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4000          * all retries or failed at the lower priorities.
4001          */
4002 check_priority:
4003         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4004                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4005
4006         if (*compact_priority > min_priority) {
4007                 (*compact_priority)--;
4008                 *compaction_retries = 0;
4009                 ret = true;
4010         }
4011 out:
4012         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4013         return ret;
4014 }
4015 #else
4016 static inline struct page *
4017 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4018                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4019                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4020 {
4021         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4022         return NULL;
4023 }
4024
4025 static inline bool
4026 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4027                      enum compact_result compact_result,
4028                      enum compact_priority *compact_priority,
4029                      int *compaction_retries)
4030 {
4031         struct zone *zone;
4032         struct zoneref *z;
4033
4034         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4035                 return false;
4036
4037         /*
4038          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4039          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4040          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4041          * watermarks are OK.
4042          */
4043         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4044                                         ac->nodemask) {
4045                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4046                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
4047                         return true;
4048         }
4049         return false;
4050 }
4051 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4052
4053 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4054 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4055         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4056
4057 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4058 {
4059         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4060
4061         /* no reclaim without waiting on it */
4062         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4063                 return false;
4064
4065         /* this guy won't enter reclaim */
4066         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4067                 return false;
4068
4069         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4070         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4071                 return false;
4072
4073         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4074                 return false;
4075
4076         return true;
4077 }
4078
4079 void __fs_reclaim_acquire(void)
4080 {
4081         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4082 }
4083
4084 void __fs_reclaim_release(void)
4085 {
4086         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4087 }
4088
4089 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4090 {
4091         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4092                 __fs_reclaim_acquire();
4093 }
4094 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4095
4096 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4097 {
4098         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4099                 __fs_reclaim_release();
4100 }
4101 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4102 #endif
4103
4104 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4105 static int
4106 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4107                                         const struct alloc_context *ac)
4108 {
4109         int progress;
4110         unsigned int noreclaim_flag;
4111         unsigned long pflags;
4112
4113         cond_resched();
4114
4115         /* We now go into synchronous reclaim */
4116         cpuset_memory_pressure_bump();
4117         psi_memstall_enter(&pflags);
4118         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4119         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4120
4121         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4122                                                                 ac->nodemask);
4123
4124         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4125         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4126         psi_memstall_leave(&pflags);
4127
4128         cond_resched();
4129
4130         return progress;
4131 }
4132
4133 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4134 static inline struct page *
4135 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4136                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4137                 unsigned long *did_some_progress)
4138 {
4139         struct page *page = NULL;
4140         bool drained = false;
4141
4142         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4143         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4144                 return NULL;
4145
4146 retry:
4147         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4148
4149         /*
4150          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4151          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4152          * Shrink them them and try again
4153          */
4154         if (!page && !drained) {
4155                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4156                 drain_all_pages(NULL);
4157                 drained = true;
4158                 goto retry;
4159         }
4160
4161         return page;
4162 }
4163
4164 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4165                              const struct alloc_context *ac)
4166 {
4167         struct zoneref *z;
4168         struct zone *zone;
4169         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4170         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
4171
4172         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
4173                                         ac->nodemask) {
4174                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4175                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
4176                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4177         }
4178 }
4179
4180 static inline unsigned int
4181 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4182 {
4183         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4184
4185         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
4186         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4187
4188         /*
4189          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4190          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4191          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4192          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4193          */
4194         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
4195
4196         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4197                 /*
4198                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4199                  * if it can't schedule.
4200                  */
4201                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4202                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4203                 /*
4204                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4205                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4206                  */
4207                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4208         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4209                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4210
4211         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4212                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
4213
4214 #ifdef CONFIG_CMA
4215         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4216                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4217 #endif
4218         return alloc_flags;
4219 }
4220
4221 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4222 {
4223         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4224                 return false;
4225
4226         /*
4227          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4228          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4229          */
4230         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4231                 return false;
4232
4233         return true;
4234 }
4235
4236 /*
4237  * Distinguish requests which really need access to full memory
4238  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4239  */
4240 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4241 {
4242         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4243                 return 0;
4244         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4245                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4246         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4247                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4248         if (!in_interrupt()) {
4249                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4250                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4251                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4252                         return ALLOC_OOM;
4253         }
4254
4255         return 0;
4256 }
4257
4258 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4259 {
4260         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4261 }
4262
4263 /*
4264  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4265  * for the given allocation request.
4266  *
4267  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4268  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4269  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4270  *
4271  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4272  */
4273 static inline bool
4274 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4275                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4276                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4277 {
4278         struct zone *zone;
4279         struct zoneref *z;
4280         bool ret = false;
4281
4282         /*
4283          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4284          * their order will become available due to high fragmentation so
4285          * always increment the no progress counter for them
4286          */
4287         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4288                 *no_progress_loops = 0;
4289         else
4290                 (*no_progress_loops)++;
4291
4292         /*
4293          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4294          * several times in the row.
4295          */
4296         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4297                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4298                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4299         }
4300
4301         /*
4302          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4303          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4304          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4305          * screwed and have to go OOM.
4306          */
4307         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4308                                         ac->nodemask) {
4309                 unsigned long available;
4310                 unsigned long reclaimable;
4311                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4312                 bool wmark;
4313
4314                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4315                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4316
4317                 /*
4318                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4319                  * reclaimable pages?
4320                  */
4321                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4322                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
4323                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4324                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4325                 if (wmark) {
4326                         /*
4327                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4328                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4329                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4330                          * prevent from pre mature OOM
4331                          */
4332                         if (!did_some_progress) {
4333                                 unsigned long write_pending;
4334
4335                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4336                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4337
4338                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4339                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4340                                         return true;
4341                                 }
4342                         }
4343
4344                         ret = true;
4345                         goto out;
4346                 }
4347         }
4348
4349 out:
4350         /*
4351          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4352          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4353          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4354          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4355          * here rather than calling cond_resched().
4356          */
4357         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4358                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4359         else
4360                 cond_resched();
4361         return ret;
4362 }
4363
4364 static inline bool
4365 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4366 {
4367         /*
4368          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4369          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4370          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4371          * such a way the check therein was true, and then it became false
4372          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4373          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4374          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4375          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4376          * caller can deal with a violated nodemask.
4377          */
4378         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4379                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4380                 ac->nodemask = NULL;
4381                 return true;
4382         }
4383
4384         /*
4385          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4386          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4387          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4388          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4389          * retry.
4390          */
4391         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4392                 return true;
4393
4394         return false;
4395 }
4396
4397 static inline struct page *
4398 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4399                                                 struct alloc_context *ac)
4400 {
4401         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4402         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4403         struct page *page = NULL;
4404         unsigned int alloc_flags;
4405         unsigned long did_some_progress;
4406         enum compact_priority compact_priority;
4407         enum compact_result compact_result;
4408         int compaction_retries;
4409         int no_progress_loops;
4410         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4411         int reserve_flags;
4412
4413         /*
4414          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4415          * callers that are not in atomic context.
4416          */
4417         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4418                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4419                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4420
4421 retry_cpuset:
4422         compaction_retries = 0;
4423         no_progress_loops = 0;
4424         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4425         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4426
4427         /*
4428          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4429          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4430          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4431          */
4432         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4433
4434         /*
4435          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4436          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4437          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4438          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4439          */
4440         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4441                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4442         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4443                 goto nopage;
4444
4445         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4446                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4447
4448         /*
4449          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4450          * that first
4451          */
4452         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4453         if (page)
4454                 goto got_pg;
4455
4456         /*
4457          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4458          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4459          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4460          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4461          * same migratetype.
4462          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4463          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4464          */
4465         if (can_direct_reclaim &&
4466                         (costly_order ||
4467                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4468                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4469                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4470                                                 alloc_flags, ac,
4471                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4472                                                 &compact_result);
4473                 if (page)
4474                         goto got_pg;
4475
4476                  if (order >= pageblock_order && (gfp_mask & __GFP_IO)) {
4477                         /*
4478                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4479                          * failed because all zones are below low watermarks
4480                          * or is prohibited because it recently failed at this
4481                          * order, fail immediately.
4482                          *
4483                          * Reclaim is
4484                          *  - potentially very expensive because zones are far
4485                          *    below their low watermarks or this is part of very
4486                          *    bursty high order allocations,
4487                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4488                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4489                          *    linear scan, and
4490                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4491                          *    own.
4492                          */
4493                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4494                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4495                                 goto nopage;
4496                 }
4497
4498                 /*
4499                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4500                  * includes THP page fault allocations
4501                  */
4502                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4503                         /*
4504                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4505                          * it is because sync compaction recently failed. If
4506                          * this is the case and the caller requested a THP
4507                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4508                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4509                          * direct reclaim.
4510                          */
4511                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4512                                 goto nopage;
4513
4514                         /*
4515                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4516                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4517                          * using async compaction.
4518                          */
4519                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4520                 }
4521         }
4522
4523 retry:
4524         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4525         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4526                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4527
4528         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4529         if (reserve_flags)
4530                 alloc_flags = reserve_flags;
4531
4532         /*
4533          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4534          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4535          * user oriented.
4536          */
4537         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4538                 ac->nodemask = NULL;
4539                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4540                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4541         }
4542
4543         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4544         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4545         if (page)
4546                 goto got_pg;
4547
4548         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4549         if (!can_direct_reclaim)
4550                 goto nopage;
4551
4552         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4553         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4554                 goto nopage;
4555
4556         /* Try direct reclaim and then allocating */
4557         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4558                                                         &did_some_progress);
4559         if (page)
4560                 goto got_pg;
4561
4562         /* Try direct compaction and then allocating */
4563         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4564                                         compact_priority, &compact_result);
4565         if (page)
4566                 goto got_pg;
4567
4568         /* Do not loop if specifically requested */
4569         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4570                 goto nopage;
4571
4572         /*
4573          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4574          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4575          */
4576         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4577                 goto nopage;
4578
4579         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4580                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4581                 goto retry;
4582
4583         /*
4584          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4585          * reclaim is not able to make any progress because the current
4586          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4587          * of free memory (see __compaction_suitable)
4588          */
4589         if (did_some_progress > 0 &&
4590                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4591                                 compact_result, &compact_priority,
4592                                 &compaction_retries))
4593                 goto retry;
4594
4595
4596         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4597         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4598                 goto retry_cpuset;
4599
4600         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4601         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4602         if (page)
4603                 goto got_pg;
4604
4605         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4606         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4607             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4608              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4609                 goto nopage;
4610
4611         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4612         if (did_some_progress) {
4613                 no_progress_loops = 0;
4614                 goto retry;
4615         }
4616
4617 nopage:
4618         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4619         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4620                 goto retry_cpuset;
4621
4622         /*
4623          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4624          * we always retry
4625          */
4626         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4627                 /*
4628                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4629                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4630                  */
4631                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4632                         goto fail;
4633
4634                 /*
4635                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4636                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4637                  * for somebody to do a work for us
4638                  */
4639                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4640
4641                 /*
4642                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4643                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4644                  * so that we can identify them and convert them to something
4645                  * else.
4646                  */
4647                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4648
4649                 /*
4650                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4651                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4652                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4653                  * the situation worse
4654                  */
4655                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4656                 if (page)
4657                         goto got_pg;
4658
4659                 cond_resched();
4660                 goto retry;
4661         }
4662 fail:
4663         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4664                         "page allocation failure: order:%u", order);
4665 got_pg:
4666         return page;
4667 }
4668
4669 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4670                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4671                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4672                 unsigned int *alloc_flags)
4673 {
4674         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4675         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4676         ac->nodemask = nodemask;
4677         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4678
4679         if (cpusets_enabled()) {
4680                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4681                 if (!ac->nodemask)
4682                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4683                 else
4684                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4685         }
4686
4687         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4688         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4689
4690         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4691
4692         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4693                 return false;
4694
4695         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4696                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4697
4698         return true;
4699 }
4700
4701 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4702 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4703 {
4704         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4705         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4706
4707         /*
4708          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4709          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4710          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4711          */
4712         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4713                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4714 }
4715
4716 /*
4717  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4718  */
4719 struct page *
4720 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4721                                                         nodemask_t *nodemask)
4722 {
4723         struct page *page;
4724         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4725         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4726         struct alloc_context ac = { };
4727
4728         /*
4729          * There are several places where we assume that the order value is sane
4730          * so bail out early if the request is out of bound.
4731          */
4732         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4733                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4734                 return NULL;
4735         }
4736
4737         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4738         alloc_mask = gfp_mask;
4739         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4740                 return NULL;
4741
4742         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4743
4744         /*
4745          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4746          * memory until all local zones are considered.
4747          */
4748         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4749
4750         /* First allocation attempt */
4751         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4752         if (likely(page))
4753                 goto out;
4754
4755         /*
4756          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4757          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4758          * from a particular context which has been marked by
4759          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4760          */
4761         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4762         ac.spread_dirty_pages = false;
4763
4764         /*
4765          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4766          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4767          */
4768         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4769                 ac.nodemask = nodemask;
4770
4771         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4772
4773 out:
4774         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4775             unlikely(__memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4776                 __free_pages(page, order);
4777                 page = NULL;
4778         }
4779
4780         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4781
4782         return page;
4783 }
4784 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4785
4786 /*
4787  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4788  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4789  * you need to access high mem.
4790  */
4791 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4792 {
4793         struct page *page;
4794
4795         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4796         if (!page)
4797                 return 0;
4798         return (unsigned long) page_address(page);
4799 }
4800 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4801
4802 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4803 {
4804         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4805 }
4806 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4807
4808 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4809 {
4810         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4811                 free_unref_page(page);
4812         else
4813                 __free_pages_ok(page, order);
4814 }
4815
4816 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4817 {
4818         if (put_page_testzero(page))
4819                 free_the_page(page, order);
4820 }
4821 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4822
4823 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4824 {
4825         if (addr != 0) {
4826                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4827                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4828         }
4829 }
4830
4831 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4832
4833 /*
4834  * Page Fragment:
4835  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4836  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4837  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4838  *
4839  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4840  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4841  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4842  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4843  */
4844 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4845                                              gfp_t gfp_mask)
4846 {
4847         struct page *page = NULL;
4848         gfp_t gfp = gfp_mask;
4849
4850 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4851         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4852                     __GFP_NOMEMALLOC;
4853         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4854                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4855         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4856 #endif
4857         if (unlikely(!page))
4858                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4859
4860         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4861
4862         return page;
4863 }
4864
4865 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4866 {
4867         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4868
4869         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4870                 free_the_page(page, compound_order(page));
4871 }
4872 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4873
4874 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4875                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4876 {
4877         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4878         struct page *page;
4879         int offset;
4880
4881         if (unlikely(!nc->va)) {
4882 refill:
4883                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4884                 if (!page)
4885                         return NULL;
4886
4887 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4888                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4889                 size = nc->size;
4890 #endif
4891                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4892                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4893                  */
4894                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4895
4896                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4897                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4898                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4899                 nc->offset = size;
4900         }
4901
4902         offset = nc->offset - fragsz;
4903         if (unlikely(offset < 0)) {
4904                 page = virt_to_page(nc->va);
4905
4906                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4907                         goto refill;
4908
4909 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4910                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4911                 size = nc->size;
4912 #endif
4913                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4914                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4915
4916                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4917                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4918                 offset = size - fragsz;
4919         }
4920
4921         nc->pagecnt_bias--;
4922         nc->offset = offset;
4923
4924         return nc->va + offset;
4925 }
4926 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4927
4928 /*
4929  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4930  */
4931 void page_frag_free(void *addr)
4932 {
4933         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4934
4935         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4936                 free_the_page(page, compound_order(page));
4937 }
4938 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4939
4940 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4941                 size_t size)
4942 {
4943         if (addr) {
4944                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4945                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4946
4947                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4948                 while (used < alloc_end) {
4949                         free_page(used);
4950                         used += PAGE_SIZE;
4951                 }
4952         }
4953         return (void *)addr;
4954 }
4955
4956 /**
4957  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4958  * @size: the number of bytes to allocate
4959  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4960  *
4961  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4962  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4963  * allocate memory in power-of-two pages.
4964  *
4965  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4966  *
4967  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4968  *
4969  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4970  */
4971 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4972 {
4973         unsigned int order = get_order(size);
4974         unsigned long addr;
4975
4976         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4977                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4978
4979         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4980         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4981 }
4982 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4983
4984 /**
4985  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4986  *                         pages on a node.
4987  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4988  * @size: the number of bytes to allocate
4989  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4990  *
4991  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4992  * back.
4993  *
4994  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4995  */
4996 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4997 {
4998         unsigned int order = get_order(size);
4999         struct page *p;
5000
5001         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5002                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5003
5004         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5005         if (!p)
5006                 return NULL;
5007         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5008 }
5009
5010 /**
5011  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5012  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5013  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5014  *
5015  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5016  */
5017 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5018 {
5019         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5020         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5021
5022         while (addr < end) {
5023                 free_page(addr);
5024                 addr += PAGE_SIZE;
5025         }
5026 }
5027 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5028
5029 /**
5030  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5031  * @offset: The zone index of the highest zone
5032  *
5033  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5034  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5035  * zone, the number of pages is calculated as:
5036  *
5037  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5038  *
5039  * Return: number of pages beyond high watermark.
5040  */
5041 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5042 {
5043         struct zoneref *z;
5044         struct zone *zone;
5045
5046         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5047         unsigned long sum = 0;
5048
5049         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5050
5051         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5052                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5053                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5054                 if (size > high)
5055                         sum += size - high;
5056         }
5057
5058         return sum;
5059 }
5060
5061 /**
5062  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5063  *
5064  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5065  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5066  *
5067  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5068  * ZONE_NORMAL.
5069  */
5070 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5071 {
5072         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5073 }
5074 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5075
5076 /**
5077  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
5078  *
5079  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
5080  * high watermark within all zones.
5081  *
5082  * Return: number of pages beyond high watermark within all zones.
5083  */
5084 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
5085 {
5086         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5087 }
5088
5089 static inline void show_node(struct zone *zone)
5090 {
5091         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5092                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5093 }
5094
5095 long si_mem_available(void)
5096 {
5097         long available;
5098         unsigned long pagecache;
5099         unsigned long wmark_low = 0;
5100         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5101         unsigned long reclaimable;
5102         struct zone *zone;
5103         int lru;
5104
5105         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5106                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5107
5108         for_each_zone(zone)
5109                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5110
5111         /*
5112          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5113          * without causing swapping.
5114          */
5115         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5116
5117         /*
5118          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5119          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5120          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5121          */
5122         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5123         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5124         available += pagecache;
5125
5126         /*
5127          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5128          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5129          * low watermark.
5130          */
5131         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
5132                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5133         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5134
5135         if (available < 0)
5136                 available = 0;
5137         return available;
5138 }
5139 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5140
5141 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5142 {
5143         val->totalram = totalram_pages();
5144         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5145         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5146         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5147         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5148         val->freehigh = nr_free_highpages();
5149         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5150 }
5151
5152 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5153
5154 #ifdef CONFIG_NUMA
5155 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5156 {
5157         int zone_type;          /* needs to be signed */
5158         unsigned long managed_pages = 0;
5159         unsigned long managed_highpages = 0;
5160         unsigned long free_highpages = 0;
5161         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5162
5163         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5164                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5165         val->totalram = managed_pages;
5166         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5167         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5168 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5169         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5170                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5171
5172                 if (is_highmem(zone)) {
5173                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5174                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5175                 }
5176         }
5177         val->totalhigh = managed_highpages;
5178         val->freehigh = free_highpages;
5179 #else
5180         val->totalhigh = managed_highpages;
5181         val->freehigh = free_highpages;
5182 #endif
5183         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5184 }
5185 #endif
5186
5187 /*
5188  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5189  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5190  */
5191 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5192 {
5193         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5194                 return false;
5195
5196         /*
5197          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5198          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5199          * have to be precise here.
5200          */
5201         if (!nodemask)
5202                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5203
5204         return !node_isset(nid, *nodemask);
5205 }
5206
5207 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5208
5209 static void show_migration_types(unsigned char type)
5210 {
5211         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5212                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5213                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5214                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5215                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5216 #ifdef CONFIG_CMA
5217                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5218 #endif
5219 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5220                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5221 #endif
5222         };
5223         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5224         char *p = tmp;
5225         int i;
5226
5227         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5228                 if (type & (1 << i))
5229                         *p++ = types[i];
5230         }
5231
5232         *p = '\0';
5233         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5234 }
5235
5236 /*
5237  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5238  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5239  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5240  *
5241  * Bits in @filter:
5242  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5243  *   cpuset.
5244  */
5245 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5246 {
5247         unsigned long free_pcp = 0;
5248         int cpu;
5249         struct zone *zone;
5250         pg_data_t *pgdat;
5251
5252         for_each_populated_zone(zone) {
5253                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5254                         continue;
5255
5256                 for_each_online_cpu(cpu)
5257                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5258         }
5259
5260         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5261                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5262                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
5263                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5264                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5265                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5266                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5267                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5268                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5269                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5270                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5271                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5272                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5273                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5274                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5275                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
5276                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
5277                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
5278                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5279                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5280                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5281                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5282                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5283                 free_pcp,
5284                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5285
5286         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5287                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5288                         continue;
5289
5290                 printk("Node %d"
5291                         " active_anon:%lukB"
5292                         " inactive_anon:%lukB"
5293                         " active_file:%lukB"
5294                         " inactive_file:%lukB"
5295                         " unevictable:%lukB"
5296                         " isolated(anon):%lukB"
5297                         " isolated(file):%lukB"
5298                         " mapped:%lukB"
5299                         " dirty:%lukB"
5300                         " writeback:%lukB"
5301                         " shmem:%lukB"
5302 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5303                         " shmem_thp: %lukB"
5304                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5305                         " anon_thp: %lukB"
5306 #endif
5307                         " writeback_tmp:%lukB"
5308                         " unstable:%lukB"
5309                         " all_unreclaimable? %s"
5310                         "\n",
5311                         pgdat->node_id,
5312                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5313                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5314                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5315                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5316                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5317                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5318                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5319                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5320                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5321                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5322                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5323 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5324                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5325                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5326                                         * HPAGE_PMD_NR),
5327                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5328 #endif
5329                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5330                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
5331                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5332                                 "yes" : "no");
5333         }
5334
5335         for_each_populated_zone(zone) {
5336                 int i;
5337
5338                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5339                         continue;
5340
5341                 free_pcp = 0;
5342                 for_each_online_cpu(cpu)
5343                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5344
5345                 show_node(zone);
5346                 printk(KERN_CONT
5347                         "%s"
5348                         " free:%lukB"
5349                         " min:%lukB"
5350                         " low:%lukB"
5351                         " high:%lukB"
5352                         " active_anon:%lukB"
5353                         " inactive_anon:%lukB"
5354                         " active_file:%lukB"
5355                         " inactive_file:%lukB"
5356                         " unevictable:%lukB"
5357                         " writepending:%lukB"
5358                         " present:%lukB"
5359                         " managed:%lukB"
5360                         " mlocked:%lukB"
5361                         " kernel_stack:%lukB"
5362                         " pagetables:%lukB"
5363                         " bounce:%lukB"
5364                         " free_pcp:%lukB"
5365                         " local_pcp:%ukB"
5366                         " free_cma:%lukB"
5367                         "\n",
5368                         zone->name,
5369                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5370                         K(min_wmark_pages(zone)),
5371                         K(low_wmark_pages(zone)),
5372                         K(high_wmark_pages(zone)),
5373                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5374                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5375                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5376                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5377                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5378                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5379                         K(zone->present_pages),
5380                         K(zone_managed_pages(zone)),
5381                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5382                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5383                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5384                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5385                         K(free_pcp),
5386                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5387                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5388                 printk("lowmem_reserve[]:");
5389                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5390                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5391                 printk(KERN_CONT "\n");
5392         }
5393
5394         for_each_populated_zone(zone) {
5395                 unsigned int order;
5396                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5397                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5398
5399                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5400                         continue;
5401                 show_node(zone);
5402                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5403
5404                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5405                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5406                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5407                         int type;
5408
5409                         nr[order] = area->nr_free;
5410                         total += nr[order] << order;
5411
5412                         types[order] = 0;
5413                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5414                                 if (!free_area_empty(area, type))
5415                                         types[order] |= 1 << type;
5416                         }
5417                 }
5418                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5419                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5420                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5421                                nr[order], K(1UL) << order);
5422                         if (nr[order])
5423                                 show_migration_types(types[order]);
5424                 }
5425                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5426         }
5427
5428         hugetlb_show_meminfo();
5429
5430         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5431
5432         show_swap_cache_info();
5433 }
5434
5435 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5436 {
5437         zoneref->zone = zone;
5438         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5439 }
5440
5441 /*
5442  * Builds allocation fallback zone lists.
5443  *
5444  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5445  */
5446 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5447 {
5448         struct zone *zone;
5449         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5450         int nr_zones = 0;
5451
5452         do {
5453                 zone_type--;
5454                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5455                 if (managed_zone(zone)) {
5456                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5457                         check_highest_zone(zone_type);
5458                 }
5459         } while (zone_type);
5460
5461         return nr_zones;
5462 }
5463
5464 #ifdef CONFIG_NUMA
5465
5466 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5467 {
5468         /*
5469          * We used to support different zonlists modes but they turned
5470          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5471          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5472          * not fail it silently
5473          */
5474         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5475                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5476                 return -EINVAL;
5477         }
5478         return 0;
5479 }
5480
5481 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5482 {
5483         if (!s)
5484                 return 0;
5485
5486         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5487 }
5488 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5489
5490 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5491
5492 /*
5493  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5494  */
5495 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5496                 void __user *buffer, size_t *length,
5497                 loff_t *ppos)
5498 {
5499         char *str;
5500         int ret;
5501
5502         if (!write)
5503                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5504         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5505         if (IS_ERR(str))
5506                 return PTR_ERR(str);
5507
5508         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5509         kfree(str);
5510         return ret;
5511 }
5512
5513
5514 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5515 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5516
5517 /**
5518  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5519  * @node: node whose fallback list we're appending
5520  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5521  *
5522  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5523  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5524  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5525  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5526  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5527  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5528  * on them otherwise.
5529  *
5530  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5531  */
5532 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5533 {
5534         int n, val;
5535         int min_val = INT_MAX;
5536         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5537         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5538
5539         /* Use the local node if we haven't already */
5540         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5541                 node_set(node, *used_node_mask);
5542                 return node;
5543         }
5544
5545         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5546
5547                 /* Don't want a node to appear more than once */
5548                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5549                         continue;
5550
5551                 /* Use the distance array to find the distance */
5552                 val = node_distance(node, n);
5553
5554                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5555                 val += (n < node);
5556
5557                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5558                 tmp = cpumask_of_node(n);
5559                 if (!cpumask_empty(tmp))
5560                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5561
5562                 /* Slight preference for less loaded node */
5563                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5564                 val += node_load[n];
5565
5566                 if (val < min_val) {
5567                         min_val = val;
5568                         best_node = n;
5569                 }
5570         }
5571
5572         if (best_node >= 0)
5573                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5574
5575         return best_node;
5576 }
5577
5578
5579 /*
5580  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5581  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5582  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5583  */
5584 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5585                 unsigned nr_nodes)
5586 {
5587         struct zoneref *zonerefs;
5588         int i;
5589
5590         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5591
5592         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5593                 int nr_zones;
5594
5595                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5596
5597                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5598                 zonerefs += nr_zones;
5599         }
5600         zonerefs->zone = NULL;
5601         zonerefs->zone_idx = 0;
5602 }
5603
5604 /*
5605  * Build gfp_thisnode zonelists
5606  */
5607 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5608 {
5609         struct zoneref *zonerefs;
5610         int nr_zones;
5611
5612         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5613         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5614         zonerefs += nr_zones;
5615         zonerefs->zone = NULL;
5616         zonerefs->zone_idx = 0;
5617 }
5618
5619 /*
5620  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5621  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5622  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5623  * may still exist in local DMA zone.
5624  */
5625
5626 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5627 {
5628         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5629         int node, load, nr_nodes = 0;
5630         nodemask_t used_mask;
5631         int local_node, prev_node;
5632
5633         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5634         local_node = pgdat->node_id;
5635         load = nr_online_nodes;
5636         prev_node = local_node;
5637         nodes_clear(used_mask);
5638
5639         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5640         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5641                 /*
5642                  * We don't want to pressure a particular node.
5643                  * So adding penalty to the first node in same
5644                  * distance group to make it round-robin.
5645                  */
5646                 if (node_distance(local_node, node) !=
5647                     node_distance(local_node, prev_node))
5648                         node_load[node] = load;
5649
5650                 node_order[nr_nodes++] = node;
5651                 prev_node = node;
5652                 load--;
5653         }
5654
5655         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5656         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5657 }
5658
5659 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5660 /*
5661  * Return node id of node used for "local" allocations.
5662  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5663  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5664  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5665  */
5666 int local_memory_node(int node)
5667 {
5668         struct zoneref *z;
5669
5670         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5671                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5672                                    NULL);
5673         return zone_to_nid(z->zone);
5674 }
5675 #endif
5676
5677 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5678 static void setup_min_slab_ratio(void);
5679 #else   /* CONFIG_NUMA */
5680
5681 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5682 {
5683         int node, local_node;
5684         struct zoneref *zonerefs;
5685         int nr_zones;
5686
5687         local_node = pgdat->node_id;
5688
5689         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5690         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5691         zonerefs += nr_zones;
5692
5693         /*
5694          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5695          * of all the other nodes.
5696          * We don't want to pressure a particular node, so when
5697          * building the zones for node N, we make sure that the
5698          * zones coming right after the local ones are those from
5699          * node N+1 (modulo N)
5700          */
5701         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5702                 if (!node_online(node))
5703                         continue;
5704                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5705                 zonerefs += nr_zones;
5706         }
5707         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5708                 if (!node_online(node))
5709                         continue;
5710                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5711                 zonerefs += nr_zones;
5712         }
5713
5714         zonerefs->zone = NULL;
5715         zonerefs->zone_idx = 0;
5716 }
5717
5718 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5719
5720 /*
5721  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5722  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5723  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5724  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5725  * with interrupts disabled.
5726  *
5727  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5728  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5729  * hotplugged processors.
5730  *
5731  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5732  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5733  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5734  */
5735 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5736 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5737 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5738
5739 static void __build_all_zonelists(void *data)
5740 {
5741         int nid;
5742         int __maybe_unused cpu;
5743         pg_data_t *self = data;
5744         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5745
5746         spin_lock(&lock);
5747
5748 #ifdef CONFIG_NUMA
5749         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5750 #endif
5751
5752         /*
5753          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5754          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5755          */
5756         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5757                 build_zonelists(self);
5758         } else {
5759                 for_each_online_node(nid) {
5760                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5761
5762                         build_zonelists(pgdat);
5763                 }
5764
5765 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5766                 /*
5767                  * We now know the "local memory node" for each node--
5768                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5769                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5770                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5771                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5772                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5773                  */
5774                 for_each_online_cpu(cpu)
5775                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5776 #endif
5777         }
5778
5779         spin_unlock(&lock);
5780 }
5781
5782 static noinline void __init
5783 build_all_zonelists_init(void)
5784 {
5785         int cpu;
5786
5787         __build_all_zonelists(NULL);
5788
5789         /*
5790          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5791          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5792          * each zone will be allocated later when the per cpu
5793          * allocator is available.
5794          *
5795          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5796          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5797          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5798          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5799          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5800          * (a chicken-egg dilemma).
5801          */
5802         for_each_possible_cpu(cpu)
5803                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5804
5805         mminit_verify_zonelist();
5806         cpuset_init_current_mems_allowed();
5807 }
5808
5809 /*
5810  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5811  *
5812  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5813  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5814  */
5815 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5816 {
5817         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5818                 build_all_zonelists_init();
5819         } else {
5820                 __build_all_zonelists(pgdat);
5821                 /* cpuset refresh routine should be here */
5822         }
5823         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5824         /*
5825          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5826          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5827          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5828          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5829          * disabled and enable it later
5830          */
5831         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5832                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5833         else
5834                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5835
5836         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5837                 nr_online_nodes,
5838                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5839                 vm_total_pages);
5840 #ifdef CONFIG_NUMA
5841         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5842 #endif
5843 }
5844
5845 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5846 static bool __meminit
5847 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5848 {
5849 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5850         static struct memblock_region *r;
5851
5852         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5853                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5854                         for_each_memblock(memory, r) {
5855                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5856                                         break;
5857                         }
5858                 }
5859                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5860                     memblock_is_mirror(r)) {
5861                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5862                         return true;
5863                 }
5864         }
5865 #endif
5866         return false;
5867 }
5868
5869 /*
5870  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5871  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5872  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5873  */
5874 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5875                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5876                 struct vmem_altmap *altmap)
5877 {
5878         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5879         struct page *page;
5880
5881         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5882                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5883
5884 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5885         /*
5886          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5887          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5888          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5889          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5890          * the hotplug lock.
5891          */
5892         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5893                 if (!altmap)
5894                         return;
5895
5896                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5897                         start_pfn += altmap->reserve;
5898                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5899         }
5900 #endif
5901
5902         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5903                 /*
5904                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5905                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5906                  */
5907                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5908                         if (!early_pfn_valid(pfn))
5909                                 continue;
5910                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5911                                 continue;
5912                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
5913                                 continue;
5914                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
5915                                 break;
5916                 }
5917
5918                 page = pfn_to_page(pfn);
5919                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5920                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5921                         __SetPageReserved(page);
5922
5923                 /*
5924                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5925                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5926                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5927                  * the address space during boot when many long-lived
5928                  * kernel allocations are made.
5929                  *
5930                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5931                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5932                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5933                  * pfn out of zone.
5934                  */
5935                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5936                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5937                         cond_resched();
5938                 }
5939         }
5940 }
5941
5942 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5943 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
5944                                    unsigned long start_pfn,
5945                                    unsigned long size,
5946                                    struct dev_pagemap *pgmap)
5947 {
5948         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5949         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5950         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
5951         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
5952         unsigned long start = jiffies;
5953         int nid = pgdat->node_id;
5954
5955         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
5956                 return;
5957
5958         /*
5959          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
5960          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
5961          * the end of that region and start processing the device pages.
5962          */
5963         if (altmap) {
5964                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5965                 size = end_pfn - start_pfn;
5966         }
5967
5968         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5969                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5970
5971                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
5972
5973                 /*
5974                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
5975                  * phase for it to be fully associated with a zone.
5976                  *
5977                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
5978                  * the flag as we are still initializing the pages.
5979                  */
5980                 __SetPageReserved(page);
5981
5982                 /*
5983                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
5984                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
5985                  * ever freed or placed on a driver-private list.
5986                  */
5987                 page->pgmap = pgmap;
5988                 page->zone_device_data = NULL;
5989
5990                 /*
5991                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5992                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5993                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5994                  * the address space during boot when many long-lived
5995                  * kernel allocations are made.
5996                  *
5997                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5998                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5999                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6000                  * pfn out of zone.
6001                  *
6002                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6003                  * because this is done early in section_activate()
6004                  */
6005                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6006                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6007                         cond_resched();
6008                 }
6009         }
6010
6011         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6012                 size, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6013 }
6014
6015 #endif
6016 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6017 {
6018         unsigned int order, t;
6019         for_each_migratetype_order(order, t) {
6020                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6021                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6022         }
6023 }
6024
6025 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6026                                   unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
6027 {
6028         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, MEMMAP_EARLY, NULL);
6029 }
6030
6031 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6032 {
6033 #ifdef CONFIG_MMU
6034         int batch;
6035
6036         /*
6037          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6038          * size of the zone.
6039          */
6040         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6041         /* But no more than a meg. */
6042         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6043                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6044         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6045         if (batch < 1)
6046                 batch = 1;
6047
6048         /*
6049          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6050          * of 2 value was found to be more likely to have
6051          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6052          *
6053          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6054          * batches of pages, one task can end up with a lot
6055          * of pages of one half of the possible page colors
6056          * and the other with pages of the other colors.
6057          */
6058         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6059
6060         return batch;
6061
6062 #else
6063         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6064          * conditions.
6065          *
6066          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6067          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6068          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6069          *
6070          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6071          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6072          * can be a significant delay between the individual batches being
6073          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6074          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6075          */
6076         return 0;
6077 #endif
6078 }
6079
6080 /*
6081  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6082  * ->batch must never be higher then ->high.
6083  * The following function updates them in a safe manner without read side
6084  * locking.
6085  *
6086  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6087  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
6088  *
6089  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6090  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6091  * exist).
6092  */
6093 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6094                 unsigned long batch)
6095 {
6096        /* start with a fail safe value for batch */
6097         pcp->batch = 1;
6098         smp_wmb();
6099
6100        /* Update high, then batch, in order */
6101         pcp->high = high;
6102         smp_wmb();
6103
6104         pcp->batch = batch;
6105 }
6106
6107 /* a companion to pageset_set_high() */
6108 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6109 {
6110         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6111 }
6112
6113 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6114 {
6115         struct per_cpu_pages *pcp;
6116         int migratetype;
6117
6118         memset(p, 0, sizeof(*p));
6119
6120         pcp = &p->pcp;
6121         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6122                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6123 }
6124
6125 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6126 {
6127         pageset_init(p);
6128         pageset_set_batch(p, batch);
6129 }
6130
6131 /*
6132  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6133  * to the value high for the pageset p.
6134  */
6135 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6136                                 unsigned long high)
6137 {
6138         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6139         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6140                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6141
6142         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6143 }
6144
6145 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6146                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6147 {
6148         if (percpu_pagelist_fraction)
6149                 pageset_set_high(pcp,
6150                         (zone_managed_pages(zone) /
6151                                 percpu_pagelist_fraction));
6152         else
6153                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6154 }
6155
6156 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6157 {
6158         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6159
6160         pageset_init(pcp);
6161         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6162 }
6163
6164 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6165 {
6166         int cpu;
6167         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6168         for_each_possible_cpu(cpu)
6169                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6170 }
6171
6172 /*
6173  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6174  * Before this call only boot pagesets were available.
6175  */
6176 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6177 {
6178         struct pglist_data *pgdat;
6179         struct zone *zone;
6180
6181         for_each_populated_zone(zone)
6182                 setup_zone_pageset(zone);
6183
6184         for_each_online_pgdat(pgdat)
6185                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6186                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6187 }
6188
6189 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6190 {
6191         /*
6192          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6193          * relies on the ability of the linker to provide the
6194          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6195          */
6196         zone->pageset = &boot_pageset;
6197
6198         if (populated_zone(zone))
6199                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6200                         zone->name, zone->present_pages,
6201                                          zone_batchsize(zone));
6202 }
6203
6204 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6205                                         unsigned long zone_start_pfn,
6206                                         unsigned long size)
6207 {
6208         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6209         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6210
6211         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6212                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6213
6214         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6215
6216         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6217                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6218                         pgdat->node_id,
6219                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6220                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6221
6222         zone_init_free_lists(zone);
6223         zone->initialized = 1;
6224 }
6225
6226 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6227 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
6228
6229 /*
6230  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
6231  */
6232 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
6233                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
6234 {
6235         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6236         int nid;
6237
6238         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
6239                 return state->last_nid;
6240
6241         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
6242         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
6243                 state->last_start = start_pfn;
6244                 state->last_end = end_pfn;
6245                 state->last_nid = nid;
6246         }
6247
6248         return nid;
6249 }
6250 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
6251
6252 /**
6253  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
6254  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
6255  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
6256  *
6257  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
6258  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
6259  * memblock_free_early_nid() manually.
6260  */
6261 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
6262 {
6263         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6264         int i, this_nid;
6265
6266         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
6267                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
6268                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
6269
6270                 if (start_pfn < end_pfn)
6271                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
6272                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
6273                                         this_nid);
6274         }
6275 }
6276
6277 /**
6278  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
6279  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
6280  *
6281  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
6282  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
6283  */
6284 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
6285 {
6286         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6287         int i, this_nid;
6288
6289         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
6290                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
6291 }
6292
6293 /**
6294  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6295  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6296  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6297  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6298  *
6299  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6300  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6301  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6302  * PFNs will be 0.
6303  */
6304 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6305                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6306 {
6307         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6308         int i;
6309
6310         *start_pfn = -1UL;
6311         *end_pfn = 0;
6312
6313         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6314                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6315                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6316         }
6317
6318         if (*start_pfn == -1UL)
6319                 *start_pfn = 0;
6320 }
6321
6322 /*
6323  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6324  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6325  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6326  */
6327 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6328 {
6329         int zone_index;
6330         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6331                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6332                         continue;
6333
6334                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6335                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6336                         break;
6337         }
6338
6339         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6340         movable_zone = zone_index;
6341 }
6342
6343 /*
6344  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6345  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6346  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6347  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6348  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6349  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6350  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6351  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6352  */
6353 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6354                                         unsigned long zone_type,
6355                                         unsigned long node_start_pfn,
6356                                         unsigned long node_end_pfn,
6357                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6358                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6359 {
6360         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6361         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6362                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6363                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6364                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6365                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6366                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6367
6368                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6369                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6370                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6371                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6372                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6373
6374                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6375                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6376                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6377         }
6378 }
6379
6380 /*
6381  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6382  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6383  */
6384 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6385                                         unsigned long zone_type,
6386                                         unsigned long node_start_pfn,
6387                                         unsigned long node_end_pfn,
6388                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6389                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6390                                         unsigned long *ignored)
6391 {
6392         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6393         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6394         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6395         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6396                 return 0;
6397
6398         /* Get the start and end of the zone */
6399         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6400         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6401         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6402                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6403                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6404
6405         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6406         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6407                 return 0;
6408
6409         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6410         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6411         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6412
6413         /* Return the spanned pages */
6414         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6415 }
6416
6417 /*
6418  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6419  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6420  */
6421 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6422                                 unsigned long range_start_pfn,
6423                                 unsigned long range_end_pfn)
6424 {
6425         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6426         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6427         int i;
6428
6429         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6430                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6431                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6432                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6433         }
6434         return nr_absent;
6435 }
6436
6437 /**
6438  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6439  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6440  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6441  *
6442  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6443  */
6444 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6445                                                         unsigned long end_pfn)
6446 {
6447         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6448 }
6449
6450 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6451 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6452                                         unsigned long zone_type,
6453                                         unsigned long node_start_pfn,
6454                                         unsigned long node_end_pfn,
6455                                         unsigned long *ignored)
6456 {
6457         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6458         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6459         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6460         unsigned long nr_absent;
6461
6462         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6463         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6464                 return 0;
6465
6466         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6467         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6468
6469         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6470                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6471                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6472         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6473
6474         /*
6475          * ZONE_MOVABLE handling.
6476          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6477          * and vice versa.
6478          */
6479         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6480                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6481                 struct memblock_region *r;
6482
6483                 for_each_memblock(memory, r) {
6484                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6485                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6486                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6487                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6488
6489                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6490                             memblock_is_mirror(r))
6491                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6492
6493                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6494                             !memblock_is_mirror(r))
6495                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6496                 }
6497         }
6498
6499         return nr_absent;
6500 }
6501
6502 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6503 static inline unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6504                                         unsigned long zone_type,
6505                                         unsigned long node_start_pfn,
6506                                         unsigned long node_end_pfn,
6507                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6508                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6509                                         unsigned long *zones_size)
6510 {
6511         unsigned int zone;
6512
6513         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6514         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6515                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6516
6517         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6518
6519         return zones_size[zone_type];
6520 }
6521
6522 static inline unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6523                                                 unsigned long zone_type,
6524                                                 unsigned long node_start_pfn,
6525                                                 unsigned long node_end_pfn,
6526                                                 unsigned long *zholes_size)
6527 {
6528         if (!zholes_size)
6529                 return 0;
6530
6531         return zholes_size[zone_type];
6532 }
6533
6534 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6535
6536 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6537                                                 unsigned long node_start_pfn,
6538                                                 unsigned long node_end_pfn,
6539                                                 unsigned long *zones_size,
6540                                                 unsigned long *zholes_size)
6541 {
6542         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6543         enum zone_type i;
6544
6545         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6546                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6547                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6548                 unsigned long size, real_size;
6549
6550                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6551                                                   node_start_pfn,
6552                                                   node_end_pfn,
6553                                                   &zone_start_pfn,
6554                                                   &zone_end_pfn,
6555                                                   zones_size);
6556                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6557                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6558                                                   zholes_size);
6559                 if (size)
6560                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6561                 else
6562                         zone->zone_start_pfn = 0;
6563                 zone->spanned_pages = size;
6564                 zone->present_pages = real_size;
6565
6566                 totalpages += size;
6567                 realtotalpages += real_size;
6568         }
6569
6570         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6571         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6572         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6573                                                         realtotalpages);
6574 }
6575
6576 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6577 /*
6578  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6579  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6580  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6581  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6582  * bytes.
6583  */
6584 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6585 {
6586         unsigned long usemapsize;
6587
6588         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6589         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6590         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6591         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6592         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6593
6594         return usemapsize / 8;
6595 }
6596
6597 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6598                                 struct zone *zone,
6599                                 unsigned long zone_start_pfn,
6600                                 unsigned long zonesize)
6601 {
6602         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6603         zone->pageblock_flags = NULL;
6604         if (usemapsize) {
6605                 zone->pageblock_flags =
6606                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6607                                             pgdat->node_id);
6608                 if (!zone->pageblock_flags)
6609                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6610                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6611         }
6612 }
6613 #else
6614 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6615                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6616 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6617
6618 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6619
6620 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6621 void __init set_pageblock_order(void)
6622 {
6623         unsigned int order;
6624
6625         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6626         if (pageblock_order)
6627                 return;
6628
6629         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6630                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6631         else
6632                 order = MAX_ORDER - 1;
6633
6634         /*
6635          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6636          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6637          * powerpc.
6638          */
6639         pageblock_order = order;
6640 }
6641 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6642
6643 /*
6644  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6645  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6646  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6647  * the kernel config
6648  */
6649 void __init set_pageblock_order(void)
6650 {
6651 }
6652
6653 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6654
6655 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6656                                                 unsigned long present_pages)
6657 {
6658         unsigned long pages = spanned_pages;
6659
6660         /*
6661          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6662          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6663          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6664          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6665          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6666          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6667          */
6668         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6669             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6670                 pages = present_pages;
6671
6672         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6673 }
6674
6675 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6676 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6677 {
6678         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6679
6680         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6681         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6682         ds_queue->split_queue_len = 0;
6683 }
6684 #else
6685 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6686 #endif
6687
6688 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6689 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6690 {
6691         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6692 }
6693 #else
6694 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6695 #endif
6696
6697 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6698 {
6699         pgdat_resize_init(pgdat);
6700
6701         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6702         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6703
6704         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6705         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6706
6707         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6708         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6709         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6710 }
6711
6712 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6713                                                         unsigned long remaining_pages)
6714 {
6715         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6716         zone_set_nid(zone, nid);
6717         zone->name = zone_names[idx];
6718         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6719         spin_lock_init(&zone->lock);
6720         zone_seqlock_init(zone);
6721         zone_pcp_init(zone);
6722 }
6723
6724 /*
6725  * Set up the zone data structures
6726  * - init pgdat internals
6727  * - init all zones belonging to this node
6728  *
6729  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6730  */
6731 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6732 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6733 {
6734         enum zone_type z;
6735         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6736
6737         pgdat_init_internals(pgdat);
6738         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6739                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6740 }
6741 #endif
6742
6743 /*
6744  * Set up the zone data structures:
6745  *   - mark all pages reserved
6746  *   - mark all memory queues empty
6747  *   - clear the memory bitmaps
6748  *
6749  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6750  * NOTE: this function is only called during early init.
6751  */
6752 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6753 {
6754         enum zone_type j;
6755         int nid = pgdat->node_id;
6756
6757         pgdat_init_internals(pgdat);
6758         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6759
6760         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6761                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6762                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6763                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6764
6765                 size = zone->spanned_pages;
6766                 freesize = zone->present_pages;
6767
6768                 /*
6769                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6770                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6771                  * and per-cpu initialisations
6772                  */
6773                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6774                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6775                         if (freesize >= memmap_pages) {
6776                                 freesize -= memmap_pages;
6777                                 if (memmap_pages)
6778                                         printk(KERN_DEBUG
6779                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6780                                                zone_names[j], memmap_pages);
6781                         } else
6782                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6783                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6784                 }
6785
6786                 /* Account for reserved pages */
6787                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6788                         freesize -= dma_reserve;
6789                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6790                                         zone_names[0], dma_reserve);
6791                 }
6792
6793                 if (!is_highmem_idx(j))
6794                         nr_kernel_pages += freesize;
6795                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6796                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6797                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6798                 nr_all_pages += freesize;
6799
6800                 /*
6801                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6802                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6803                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6804                  */
6805                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6806
6807                 if (!size)
6808                         continue;
6809
6810                 set_pageblock_order();
6811                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6812                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6813                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6814         }
6815 }
6816
6817 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6818 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6819 {
6820         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6821         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6822
6823         /* Skip empty nodes */
6824         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6825                 return;
6826
6827         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6828         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6829         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6830         if (!pgdat->node_mem_map) {
6831                 unsigned long size, end;
6832                 struct page *map;
6833
6834                 /*
6835                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6836                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6837                  * for the buddy allocator to function correctly.
6838                  */
6839                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6840                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6841                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6842                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6843                                           pgdat->node_id);
6844                 if (!map)
6845                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6846                               size, pgdat->node_id);
6847                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6848         }
6849         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6850                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6851                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6852 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6853         /*
6854          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6855          */
6856         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6857                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6858 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6859                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6860                         mem_map -= offset;
6861 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6862         }
6863 #endif
6864 }
6865 #else
6866 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6867 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6868
6869 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6870 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6871 {
6872         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6873 }
6874 #else
6875 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6876 #endif
6877
6878 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6879                                    unsigned long node_start_pfn,
6880                                    unsigned long *zholes_size)
6881 {
6882         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6883         unsigned long start_pfn = 0;
6884         unsigned long end_pfn = 0;
6885
6886         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6887         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6888
6889         pgdat->node_id = nid;
6890         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6891         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6892 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6893         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6894         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6895                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6896                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6897 #else
6898         start_pfn = node_start_pfn;
6899 #endif
6900         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6901                                   zones_size, zholes_size);
6902
6903         alloc_node_mem_map(pgdat);
6904         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6905
6906         free_area_init_core(pgdat);
6907 }
6908
6909 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6910 /*
6911  * Zero all valid struct pages in range [spfn, epfn), return number of struct
6912  * pages zeroed
6913  */
6914 static u64 zero_pfn_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6915 {
6916         unsigned long pfn;
6917         u64 pgcnt = 0;
6918
6919         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6920                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6921                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6922                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6923                         continue;
6924                 }
6925                 mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6926                 pgcnt++;
6927         }
6928
6929         return pgcnt;
6930 }
6931
6932 /*
6933  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6934  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6935  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6936  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6937  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6938  *
6939  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6940  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6941  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6942  * layout is manually configured via memmap=.
6943  */
6944 void __init zero_resv_unavail(void)
6945 {
6946         phys_addr_t start, end;
6947         u64 i, pgcnt;
6948         phys_addr_t next = 0;
6949
6950         /*
6951          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6952          */
6953         pgcnt = 0;
6954         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6955                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6956                 if (next < start)
6957                         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), PFN_UP(start));
6958                 next = end;
6959         }
6960         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), max_pfn);
6961
6962         /*
6963          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6964          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6965          */
6966         if (pgcnt)
6967                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
6968 }
6969 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6970
6971 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6972
6973 #if MAX_NUMNODES > 1
6974 /*
6975  * Figure out the number of possible node ids.
6976  */
6977 void __init setup_nr_node_ids(void)
6978 {
6979         unsigned int highest;
6980
6981         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6982         nr_node_ids = highest + 1;
6983 }
6984 #endif
6985
6986 /**
6987  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6988  *
6989  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6990  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6991  * all the nodes.
6992  *
6993  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6994  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6995  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6996  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6997  *
6998  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6999  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7000  * populated node map.
7001  *
7002  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7003  * requirement (single node).
7004  */
7005 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7006 {
7007         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7008         unsigned long start, end, mask;
7009         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7010         int i, nid;
7011
7012         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7013                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7014                         last_nid = nid;
7015                         last_end = end;
7016                         continue;
7017                 }
7018
7019                 /*
7020                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7021                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7022                  * too coarse to separate the current node from the last.
7023                  */
7024                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7025                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7026                         mask <<= 1;
7027
7028                 /* accumulate all internode masks */
7029                 accl_mask |= mask;
7030         }
7031
7032         /* convert mask to number of pages */
7033         return ~accl_mask + 1;
7034 }
7035
7036 /* Find the lowest pfn for a node */
7037 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
7038 {
7039         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
7040         unsigned long start_pfn;
7041         int i;
7042
7043         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
7044                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
7045
7046         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
7047                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
7048                 return 0;
7049         }
7050
7051         return min_pfn;
7052 }
7053
7054 /**
7055  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7056  *
7057  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7058  * memblock_set_node().
7059  */
7060 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7061 {
7062         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
7063 }
7064
7065 /*
7066  * early_calculate_totalpages()
7067  * Sum pages in active regions for movable zone.
7068  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7069  */
7070 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7071 {
7072         unsigned long totalpages = 0;
7073         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7074         int i, nid;
7075
7076         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7077                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7078
7079                 totalpages += pages;
7080                 if (pages)
7081                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7082         }
7083         return totalpages;
7084 }
7085
7086 /*
7087  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7088  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7089  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7090  * others
7091  */
7092 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7093 {
7094         int i, nid;
7095         unsigned long usable_startpfn;
7096         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7097         /* save the state before borrow the nodemask */
7098         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7099         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7100         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7101         struct memblock_region *r;
7102
7103         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7104         find_usable_zone_for_movable();
7105
7106         /*
7107          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7108          * options.
7109          */
7110         if (movable_node_is_enabled()) {
7111                 for_each_memblock(memory, r) {
7112                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7113                                 continue;
7114
7115                         nid = r->nid;
7116
7117                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7118                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7119                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7120                                 usable_startpfn;
7121                 }
7122
7123                 goto out2;
7124         }
7125
7126         /*
7127          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7128          */
7129         if (mirrored_kernelcore) {
7130                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7131
7132                 for_each_memblock(memory, r) {
7133                         if (memblock_is_mirror(r))
7134                                 continue;
7135
7136                         nid = r->nid;
7137
7138                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7139
7140                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7141                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7142                                 continue;
7143                         }
7144
7145                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7146                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7147                                 usable_startpfn;
7148                 }
7149
7150                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7151                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
7152
7153                 goto out2;
7154         }
7155
7156         /*
7157          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7158          * amount of necessary memory.
7159          */
7160         if (required_kernelcore_percent)
7161                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7162                                        10000UL;
7163         if (required_movablecore_percent)
7164                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7165                                         10000UL;
7166
7167         /*
7168          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7169          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7170          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7171          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7172          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7173          * what movablecore would have allowed.
7174          */
7175         if (required_movablecore) {
7176                 unsigned long corepages;
7177
7178                 /*
7179                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7180                  * was requested by the user
7181                  */
7182                 required_movablecore =
7183                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7184                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7185                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7186
7187                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7188         }
7189
7190         /*
7191          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7192          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7193          */
7194         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7195                 goto out;
7196
7197         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7198         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7199
7200 restart:
7201         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7202         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7203         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7204                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7205
7206                 /*
7207                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7208                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7209                  * amount of memory for the kernel
7210                  */
7211                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7212                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7213
7214                 /*
7215                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7216                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7217                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7218                  */
7219                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7220
7221                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7222                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7223                         unsigned long size_pages;
7224
7225                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7226                         if (start_pfn >= end_pfn)
7227                                 continue;
7228
7229                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7230                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7231                                 unsigned long kernel_pages;
7232                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7233                                                                 - start_pfn;
7234
7235                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7236                                                         kernelcore_remaining);
7237                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7238                                                         required_kernelcore);
7239
7240                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7241                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7242
7243                                         /*
7244                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7245                                          * that if we have to rebalance
7246                                          * kernelcore across nodes, we will
7247                                          * not double account here
7248                                          */
7249                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7250                                         continue;
7251                                 }
7252                                 start_pfn = usable_startpfn;
7253                         }
7254
7255                         /*
7256                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7257                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7258                          * number of pages used as kernelcore
7259                          */
7260                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7261                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7262                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7263                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7264
7265                         /*
7266                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7267                          * break if the kernelcore for this node has been
7268                          * satisfied
7269                          */
7270                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7271                                                                 size_pages);
7272                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7273                         if (!kernelcore_remaining)
7274                                 break;
7275                 }
7276         }
7277
7278         /*
7279          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7280          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7281          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7282          * satisfied
7283          */
7284         usable_nodes--;
7285         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7286                 goto restart;
7287
7288 out2:
7289         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7290         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7291                 zone_movable_pfn[nid] =
7292                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7293
7294 out:
7295         /* restore the node_state */
7296         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7297 }
7298
7299 /* Any regular or high memory on that node ? */
7300 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7301 {
7302         enum zone_type zone_type;
7303
7304         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7305                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7306                 if (populated_zone(zone)) {
7307                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7308                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7309                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7310                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7311                         break;
7312                 }
7313         }
7314 }
7315
7316 /**
7317  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
7318  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7319  *
7320  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7321  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7322  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7323  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7324  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7325  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7326  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7327  * at arch_max_dma_pfn.
7328  */
7329 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
7330 {
7331         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7332         int i, nid;
7333
7334         /* Record where the zone boundaries are */
7335         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7336                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7337         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7338                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7339
7340         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7341
7342         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7343                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7344                         continue;
7345
7346                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
7347                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
7348                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
7349
7350                 start_pfn = end_pfn;
7351         }
7352
7353         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7354         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7355         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7356
7357         /* Print out the zone ranges */
7358         pr_info("Zone ranges:\n");
7359         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7360                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7361                         continue;
7362                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7363                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7364                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7365                         pr_cont("empty\n");
7366                 else
7367                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7368                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7369                                         << PAGE_SHIFT,
7370                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7371                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7372         }
7373
7374         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7375         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7376         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7377                 if (zone_movable_pfn[i])
7378                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7379                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7380         }
7381
7382         /*
7383          * Print out the early node map, and initialize the
7384          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7385          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7386          */
7387         pr_info("Early memory node ranges\n");
7388         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7389                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7390                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7391                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7392                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7393         }
7394
7395         /* Initialise every node */
7396         mminit_verify_pageflags_layout();
7397         setup_nr_node_ids();
7398         zero_resv_unavail();
7399         for_each_online_node(nid) {
7400                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7401                 free_area_init_node(nid, NULL,
7402                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
7403
7404                 /* Any memory on that node */
7405                 if (pgdat->node_present_pages)
7406                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7407                 check_for_memory(pgdat, nid);
7408         }
7409 }
7410
7411 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7412                                      unsigned long *percent)
7413 {
7414         unsigned long long coremem;
7415         char *endptr;
7416
7417         if (!p)
7418                 return -EINVAL;
7419
7420         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7421         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7422         if (*endptr == '%') {
7423                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7424                 WARN_ON(coremem > 100);
7425
7426                 *percent = coremem;
7427         } else {
7428                 coremem = memparse(p, &p);
7429                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7430                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7431
7432                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7433                 *percent = 0UL;
7434         }
7435         return 0;
7436 }
7437
7438 /*
7439  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7440  * cannot be reclaimed or migrated.
7441  */
7442 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7443 {
7444         /* parse kernelcore=mirror */
7445         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7446                 mirrored_kernelcore = true;
7447                 return 0;
7448         }
7449
7450         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7451                                   &required_kernelcore_percent);
7452 }
7453
7454 /*
7455  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7456  * can be reclaimed or migrated.
7457  */
7458 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7459 {
7460         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7461                                   &required_movablecore_percent);
7462 }
7463
7464 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7465 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7466
7467 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
7468
7469 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7470 {
7471         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7472         totalram_pages_add(count);
7473 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7474         if (PageHighMem(page))
7475                 totalhigh_pages_add(count);
7476 #endif
7477 }
7478 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7479
7480 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7481 {
7482         void *pos;
7483         unsigned long pages = 0;
7484
7485         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7486         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7487         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7488                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7489                 void *direct_map_addr;
7490
7491                 /*
7492                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7493                  * because some architectures' virt_to_page()
7494                  * work with aliases.  Getting the direct map
7495                  * address ensures that we get a _writeable_
7496                  * alias for the memset().
7497                  */
7498                 direct_map_addr = page_address(page);
7499                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7500                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7501
7502                 free_reserved_page(page);
7503         }
7504
7505         if (pages && s)
7506                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7507                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7508
7509         return pages;
7510 }
7511
7512 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7513 void free_highmem_page(struct page *page)
7514 {
7515         __free_reserved_page(page);
7516         totalram_pages_inc();
7517         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7518         totalhigh_pages_inc();
7519 }
7520 #endif
7521
7522
7523 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7524 {
7525         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7526         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7527
7528         physpages = get_num_physpages();
7529         codesize = _etext - _stext;
7530         datasize = _edata - _sdata;
7531         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7532         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7533         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7534         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7535
7536         /*
7537          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7538          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7539          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7540          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7541          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7542          */
7543 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7544         do { \
7545                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7546                         size -= adj; \
7547         } while (0)
7548
7549         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7550                      _sinittext, init_code_size);
7551         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7552         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7553         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7554         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7555
7556 #undef  adj_init_size
7557
7558         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7559 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7560                 ", %luK highmem"
7561 #endif
7562                 "%s%s)\n",
7563                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7564                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7565                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7566                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7567                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7568                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7569 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7570                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7571 #endif
7572                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7573 }
7574
7575 /**
7576  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7577  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7578  *
7579  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7580  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7581  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7582  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7583  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7584  * smaller per-cpu batchsize.
7585  */
7586 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7587 {
7588         dma_reserve = new_dma_reserve;
7589 }
7590
7591 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7592 {
7593         zero_resv_unavail();
7594         free_area_init_node(0, zones_size,
7595                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7596 }
7597
7598 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7599 {
7600
7601         lru_add_drain_cpu(cpu);
7602         drain_pages(cpu);
7603
7604         /*
7605          * Spill the event counters of the dead processor
7606          * into the current processors event counters.
7607          * This artificially elevates the count of the current
7608          * processor.
7609          */
7610         vm_events_fold_cpu(cpu);
7611
7612         /*
7613          * Zero the differential counters of the dead processor
7614          * so that the vm statistics are consistent.
7615          *
7616          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7617          * race with what we are doing.
7618          */
7619         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7620         return 0;
7621 }
7622
7623 #ifdef CONFIG_NUMA
7624 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7625
7626 static int __init set_hashdist(char *str)
7627 {
7628         if (!str)
7629                 return 0;
7630         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7631         return 1;
7632 }
7633 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7634 #endif
7635
7636 void __init page_alloc_init(void)
7637 {
7638         int ret;
7639
7640 #ifdef CONFIG_NUMA
7641         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7642                 hashdist = 0;
7643 #endif
7644
7645         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7646                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7647                                         page_alloc_cpu_dead);
7648         WARN_ON(ret < 0);
7649 }
7650
7651 /*
7652  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7653  *      or min_free_kbytes changes.
7654  */
7655 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7656 {
7657         struct pglist_data *pgdat;
7658         unsigned long reserve_pages = 0;
7659         enum zone_type i, j;
7660
7661         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7662
7663                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7664
7665                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7666                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7667                         long max = 0;
7668                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7669
7670                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7671                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7672                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7673                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7674                         }
7675
7676                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7677                         max += high_wmark_pages(zone);
7678
7679                         if (max > managed_pages)
7680                                 max = managed_pages;
7681
7682                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7683
7684                         reserve_pages += max;
7685                 }
7686         }
7687         totalreserve_pages = reserve_pages;
7688 }
7689
7690 /*
7691  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7692  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7693  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7694  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7695  */
7696 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7697 {
7698         struct pglist_data *pgdat;
7699         enum zone_type j, idx;
7700
7701         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7702                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7703                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7704                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7705
7706                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7707
7708                         idx = j;
7709                         while (idx) {
7710                                 struct zone *lower_zone;
7711
7712                                 idx--;
7713                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7714
7715                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7716                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7717                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7718                                 } else {
7719                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7720                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7721                                 }
7722                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7723                         }
7724                 }
7725         }
7726
7727         /* update totalreserve_pages */
7728         calculate_totalreserve_pages();
7729 }
7730
7731 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7732 {
7733         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7734         unsigned long lowmem_pages = 0;
7735         struct zone *zone;
7736         unsigned long flags;
7737
7738         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7739         for_each_zone(zone) {
7740                 if (!is_highmem(zone))
7741                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7742         }
7743
7744         for_each_zone(zone) {
7745                 u64 tmp;
7746
7747                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7748                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7749                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7750                 if (is_highmem(zone)) {
7751                         /*
7752                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7753                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7754                          * value here.
7755                          *
7756                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7757                          * deltas control async page reclaim, and so should
7758                          * not be capped for highmem.
7759                          */
7760                         unsigned long min_pages;
7761
7762                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7763                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7764                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7765                 } else {
7766                         /*
7767                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7768                          * proportionate to the zone's size.
7769                          */
7770                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7771                 }
7772
7773                 /*
7774                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7775                  * scale factor in proportion to available memory, but
7776                  * ensure a minimum size on small systems.
7777                  */
7778                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7779                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7780                                       watermark_scale_factor, 10000));
7781
7782                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7783                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7784                 zone->watermark_boost = 0;
7785
7786                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7787         }
7788
7789         /* update totalreserve_pages */
7790         calculate_totalreserve_pages();
7791 }
7792
7793 /**
7794  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7795  * or when memory is hot-{added|removed}
7796  *
7797  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7798  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7799  */
7800 void setup_per_zone_wmarks(void)
7801 {
7802         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7803
7804         spin_lock(&lock);
7805         __setup_per_zone_wmarks();
7806         spin_unlock(&lock);
7807 }
7808
7809 /*
7810  * Initialise min_free_kbytes.
7811  *
7812  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7813  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7814  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7815  *
7816  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7817  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7818  *
7819  * which yields
7820  *
7821  * 16MB:        512k
7822  * 32MB:        724k
7823  * 64MB:        1024k
7824  * 128MB:       1448k
7825  * 256MB:       2048k
7826  * 512MB:       2896k
7827  * 1024MB:      4096k
7828  * 2048MB:      5792k
7829  * 4096MB:      8192k
7830  * 8192MB:      11584k
7831  * 16384MB:     16384k
7832  */
7833 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7834 {
7835         unsigned long lowmem_kbytes;
7836         int new_min_free_kbytes;
7837
7838         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7839         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7840
7841         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7842                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7843                 if (min_free_kbytes < 128)
7844                         min_free_kbytes = 128;
7845                 if (min_free_kbytes > 65536)
7846                         min_free_kbytes = 65536;
7847         } else {
7848                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7849                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7850         }
7851         setup_per_zone_wmarks();
7852         refresh_zone_stat_thresholds();
7853         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7854
7855 #ifdef CONFIG_NUMA
7856         setup_min_unmapped_ratio();
7857         setup_min_slab_ratio();
7858 #endif
7859
7860         return 0;
7861 }
7862 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7863
7864 /*
7865  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7866  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7867  *      changes.
7868  */
7869 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7870         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7871 {
7872         int rc;
7873
7874         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7875         if (rc)
7876                 return rc;
7877
7878         if (write) {
7879                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7880                 setup_per_zone_wmarks();
7881         }
7882         return 0;
7883 }
7884
7885 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7886         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7887 {
7888         int rc;
7889
7890         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7891         if (rc)
7892                 return rc;
7893
7894         return 0;
7895 }
7896
7897 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7898         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7899 {
7900         int rc;
7901
7902         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7903         if (rc)
7904                 return rc;
7905
7906         if (write)
7907                 setup_per_zone_wmarks();
7908
7909         return 0;
7910 }
7911
7912 #ifdef CONFIG_NUMA
7913 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7914 {
7915         pg_data_t *pgdat;
7916         struct zone *zone;
7917
7918         for_each_online_pgdat(pgdat)
7919                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7920
7921         for_each_zone(zone)
7922                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7923                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7924 }
7925
7926
7927 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7928         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7929 {
7930         int rc;
7931
7932         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7933         if (rc)
7934                 return rc;
7935
7936         setup_min_unmapped_ratio();
7937
7938         return 0;
7939 }
7940
7941 static void setup_min_slab_ratio(void)
7942 {
7943         pg_data_t *pgdat;
7944         struct zone *zone;
7945
7946         for_each_online_pgdat(pgdat)
7947                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7948
7949         for_each_zone(zone)
7950                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7951                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7952 }
7953
7954 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7955         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7956 {
7957         int rc;
7958
7959         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7960         if (rc)
7961                 return rc;
7962
7963         setup_min_slab_ratio();
7964
7965         return 0;
7966 }
7967 #endif
7968
7969 /*
7970  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7971  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7972  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7973  *
7974  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7975  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7976  * if in function of the boot time zone sizes.
7977  */
7978 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7979         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7980 {
7981         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7982         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7983         return 0;
7984 }
7985
7986 /*
7987  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7988  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7989  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7990  */
7991 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7992         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7993 {
7994         struct zone *zone;
7995         int old_percpu_pagelist_fraction;
7996         int ret;
7997
7998         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7999         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8000
8001         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8002         if (!write || ret < 0)
8003                 goto out;
8004
8005         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8006         if (percpu_pagelist_fraction &&
8007             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8008                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8009                 ret = -EINVAL;
8010                 goto out;
8011         }
8012
8013         /* No change? */
8014         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8015                 goto out;
8016
8017         for_each_populated_zone(zone) {
8018                 unsigned int cpu;
8019
8020                 for_each_possible_cpu(cpu)
8021                         pageset_set_high_and_batch(zone,
8022                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8023         }
8024 out:
8025         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8026         return ret;
8027 }
8028
8029 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8030 /*
8031  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8032  * is not known to alloc_large_system_hash().
8033  */
8034 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8035 {
8036         return 0;
8037 }
8038 #endif
8039
8040 /*
8041  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8042  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8043  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8044  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8045  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8046  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8047  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8048  */
8049 #if __BITS_PER_LONG > 32
8050 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8051 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8052 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8053 #endif
8054
8055 /*
8056  * allocate a large system hash table from bootmem
8057  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8058  *   quantity of entries
8059  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8060  */
8061 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8062                                      unsigned long bucketsize,
8063                                      unsigned long numentries,
8064                                      int scale,
8065                                      int flags,
8066                                      unsigned int *_hash_shift,
8067                                      unsigned int *_hash_mask,
8068                                      unsigned long low_limit,
8069                                      unsigned long high_limit)
8070 {
8071         unsigned long long max = high_limit;
8072         unsigned long log2qty, size;
8073         void *table = NULL;
8074         gfp_t gfp_flags;
8075         bool virt;
8076
8077         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8078         if (!numentries) {
8079                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8080                 numentries = nr_kernel_pages;
8081                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8082
8083                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8084                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8085                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8086
8087 #if __BITS_PER_LONG > 32
8088                 if (!high_limit) {
8089                         unsigned long adapt;
8090
8091                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8092                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8093                                 scale++;
8094                 }
8095 #endif
8096
8097                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8098                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8099                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8100                 else
8101                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8102
8103                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8104                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8105                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8106                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8107                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8108                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8109                                 BUG_ON(!numentries);
8110                         }
8111                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8112                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8113         }
8114         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8115
8116         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8117         if (max == 0) {
8118                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8119                 do_div(max, bucketsize);
8120         }
8121         max = min(max, 0x80000000ULL);
8122
8123         if (numentries < low_limit)
8124                 numentries = low_limit;
8125         if (numentries > max)
8126                 numentries = max;
8127
8128         log2qty = ilog2(numentries);
8129
8130         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8131         do {
8132                 virt = false;
8133                 size = bucketsize << log2qty;
8134                 if (flags & HASH_EARLY) {
8135                         if (flags & HASH_ZERO)
8136                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8137                         else
8138                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8139                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8140                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8141                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
8142                         virt = true;
8143                 } else {
8144                         /*
8145                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8146                          * some pages at the end of hash table which
8147                          * alloc_pages_exact() automatically does
8148                          */
8149                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8150                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8151                 }
8152         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8153
8154         if (!table)
8155                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8156
8157         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8158                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8159                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8160
8161         if (_hash_shift)
8162                 *_hash_shift = log2qty;
8163         if (_hash_mask)
8164                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8165
8166         return table;
8167 }
8168
8169 /*
8170  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8171  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
8172  *
8173  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8174  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8175  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8176  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8177  */
8178 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
8179                          int migratetype, int flags)
8180 {
8181         unsigned long found;
8182         unsigned long iter = 0;
8183         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8184         const char *reason = "unmovable page";
8185
8186         /*
8187          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8188          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8189          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8190          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8191          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8192          */
8193
8194         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8195                 /*
8196                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8197                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8198                  * so consider them movable here.
8199                  */
8200                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8201                         return false;
8202
8203                 reason = "CMA page";
8204                 goto unmovable;
8205         }
8206
8207         for (found = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8208                 unsigned long check = pfn + iter;
8209
8210                 if (!pfn_valid_within(check))
8211                         continue;
8212
8213                 page = pfn_to_page(check);
8214
8215                 if (PageReserved(page))
8216                         goto unmovable;
8217
8218                 /*
8219                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8220                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8221                  * is movable.
8222                  */
8223                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8224                         continue;
8225
8226                 /*
8227                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8228                  * We need not scan over tail pages because we don't
8229                  * handle each tail page individually in migration.
8230                  */
8231                 if (PageHuge(page)) {
8232                         struct page *head = compound_head(page);
8233                         unsigned int skip_pages;
8234
8235                         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8236                                 goto unmovable;
8237
8238                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8239                         iter += skip_pages - 1;
8240                         continue;
8241                 }
8242
8243                 /*
8244                  * We can't use page_count without pin a page
8245                  * because another CPU can free compound page.
8246                  * This check already skips compound tails of THP
8247                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8248                  */
8249                 if (!page_ref_count(page)) {
8250                         if (PageBuddy(page))
8251                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8252                         continue;
8253                 }
8254
8255                 /*
8256                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8257                  * page_count() is not 0.
8258                  */
8259                 if ((flags & SKIP_HWPOISON) && PageHWPoison(page))
8260                         continue;
8261
8262                 if (__PageMovable(page))
8263                         continue;
8264
8265                 if (!PageLRU(page))
8266                         found++;
8267                 /*
8268                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8269                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8270                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8271                  */
8272                 /*
8273                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8274                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8275                  *
8276                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8277                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8278                  * page at boot.
8279                  */
8280                 if (found > count)
8281                         goto unmovable;
8282         }
8283         return false;
8284 unmovable:
8285         WARN_ON_ONCE(zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE);
8286         if (flags & REPORT_FAILURE)
8287                 dump_page(pfn_to_page(pfn + iter), reason);
8288         return true;
8289 }
8290
8291 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8292 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8293 {
8294         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8295                              pageblock_nr_pages) - 1);
8296 }
8297
8298 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8299 {
8300         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8301                                 pageblock_nr_pages));
8302 }
8303
8304 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8305 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8306                                         unsigned long start, unsigned long end)
8307 {
8308         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8309         unsigned long nr_reclaimed;
8310         unsigned long pfn = start;
8311         unsigned int tries = 0;
8312         int ret = 0;
8313
8314         migrate_prep();
8315
8316         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8317                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8318                         ret = -EINTR;
8319                         break;
8320                 }
8321
8322                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8323                         cc->nr_migratepages = 0;
8324                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8325                         if (!pfn) {
8326                                 ret = -EINTR;
8327                                 break;
8328                         }
8329                         tries = 0;
8330                 } else if (++tries == 5) {
8331                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8332                         break;
8333                 }
8334
8335                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8336                                                         &cc->migratepages);
8337                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8338
8339                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8340                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8341         }
8342         if (ret < 0) {
8343                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8344                 return ret;
8345         }
8346         return 0;
8347 }
8348
8349 /**
8350  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8351  * @start:      start PFN to allocate
8352  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8353  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8354  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8355  *                      in range must have the same migratetype and it must
8356  *                      be either of the two.
8357  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8358  *
8359  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8360  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8361  *
8362  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8363  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8364  * be modified by others.
8365  *
8366  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8367  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8368  * need to be freed with free_contig_range().
8369  */
8370 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8371                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8372 {
8373         unsigned long outer_start, outer_end;
8374         unsigned int order;
8375         int ret = 0;
8376
8377         struct compact_control cc = {
8378                 .nr_migratepages = 0,
8379                 .order = -1,
8380                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8381                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8382                 .ignore_skip_hint = true,
8383                 .no_set_skip_hint = true,
8384                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8385         };
8386         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8387
8388         /*
8389          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8390          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8391          * have different sizes, and due to the way page allocator
8392          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8393          * that page allocator won't try to merge buddies from
8394          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8395          * other migration type.
8396          *
8397          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8398          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8399          * we are interested in).  This will put all the pages in
8400          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8401          *
8402          * When this is done, we take the pages in range from page
8403          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8404          * page allocator will never consider using them.
8405          *
8406          * This lets us mark the pageblocks back as
8407          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8408          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8409          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8410          */
8411
8412         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8413                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8414         if (ret < 0)
8415                 return ret;
8416
8417         /*
8418          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8419          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8420          * which will report the busy page.
8421          *
8422          * It is possible that busy pages could become available before
8423          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8424          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8425          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8426          */
8427         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8428         if (ret && ret != -EBUSY)
8429                 goto done;
8430         ret =0;
8431
8432         /*
8433          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8434          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8435          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8436          * What we are going to do is to allocate all pages from
8437          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8438          *
8439          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8440          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8441          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8442          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8443          * once this is done free the pages we are not interested in.
8444          *
8445          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8446          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8447          */
8448
8449         lru_add_drain_all();
8450
8451         order = 0;
8452         outer_start = start;
8453         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8454                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8455                         outer_start = start;
8456                         break;
8457                 }
8458                 outer_start &= ~0UL << order;
8459         }
8460
8461         if (outer_start != start) {
8462                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8463
8464                 /*
8465                  * outer_start page could be small order buddy page and
8466                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8467                  * in this case to report failed page properly
8468                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8469                  */
8470                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8471                         outer_start = start;
8472         }
8473
8474         /* Make sure the range is really isolated. */
8475         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
8476                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8477                         __func__, outer_start, end);
8478                 ret = -EBUSY;
8479                 goto done;
8480         }
8481
8482         /* Grab isolated pages from freelists. */
8483         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8484         if (!outer_end) {
8485                 ret = -EBUSY;
8486                 goto done;
8487         }
8488
8489         /* Free head and tail (if any) */
8490         if (start != outer_start)
8491                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8492         if (end != outer_end)
8493                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8494
8495 done:
8496         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8497                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8498         return ret;
8499 }
8500 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8501
8502 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8503 {
8504         unsigned int count = 0;
8505
8506         for (; nr_pages--; pfn++) {
8507                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8508
8509                 count += page_count(page) != 1;
8510                 __free_page(page);
8511         }
8512         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8513 }
8514
8515 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
8516 /*
8517  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8518  * page high values need to be recalulated.
8519  */
8520 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8521 {
8522         unsigned cpu;
8523         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8524         for_each_possible_cpu(cpu)
8525                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8526                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8527         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8528 }
8529 #endif
8530
8531 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8532 {
8533         unsigned long flags;
8534         int cpu;
8535         struct per_cpu_pageset *pset;
8536
8537         /* avoid races with drain_pages()  */
8538         local_irq_save(flags);
8539         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8540                 for_each_online_cpu(cpu) {
8541                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8542                         drain_zonestat(zone, pset);
8543                 }
8544                 free_percpu(zone->pageset);
8545                 zone->pageset = &boot_pageset;
8546         }
8547         local_irq_restore(flags);
8548 }
8549
8550 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8551 /*
8552  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8553  * before calling this.
8554  */
8555 unsigned long
8556 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8557 {
8558         struct page *page;
8559         struct zone *zone;
8560         unsigned int order, i;
8561         unsigned long pfn;
8562         unsigned long flags;
8563         unsigned long offlined_pages = 0;
8564
8565         /* find the first valid pfn */
8566         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8567                 if (pfn_valid(pfn))
8568                         break;
8569         if (pfn == end_pfn)
8570                 return offlined_pages;
8571
8572         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8573         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8574         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8575         pfn = start_pfn;
8576         while (pfn < end_pfn) {
8577                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8578                         pfn++;
8579                         continue;
8580                 }
8581                 page = pfn_to_page(pfn);
8582                 /*
8583                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8584                  * page_count() is not 0.
8585                  */
8586                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8587                         pfn++;
8588                         SetPageReserved(page);
8589                         offlined_pages++;
8590                         continue;
8591                 }
8592
8593                 BUG_ON(page_count(page));
8594                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8595                 order = page_order(page);
8596                 offlined_pages += 1 << order;
8597 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8598                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8599                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8600 #endif
8601                 del_page_from_free_area(page, &zone->free_area[order]);
8602                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
8603                         SetPageReserved((page+i));
8604                 pfn += (1 << order);
8605         }
8606         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8607
8608         return offlined_pages;
8609 }
8610 #endif
8611
8612 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8613 {
8614         struct zone *zone = page_zone(page);
8615         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8616         unsigned long flags;
8617         unsigned int order;
8618
8619         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8620         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8621                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8622
8623                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8624                         break;
8625         }
8626         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8627
8628         return order < MAX_ORDER;
8629 }
8630
8631 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8632 /*
8633  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8634  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8635  * allocation.
8636  */
8637 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8638 {
8639         struct zone *zone = page_zone(page);
8640         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8641         unsigned long flags;
8642         unsigned int order;
8643         bool hwpoisoned = false;
8644
8645         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8646         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8647                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8648
8649                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8650                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8651                                 hwpoisoned = true;
8652                         break;
8653                 }
8654         }
8655         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8656
8657         return hwpoisoned;
8658 }
8659 #endif