kasan, page_alloc: merge kasan_alloc_pages into post_alloc_hook
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/swapops.h>
23 #include <linux/interrupt.h>
24 #include <linux/pagemap.h>
25 #include <linux/jiffies.h>
26 #include <linux/memblock.h>
27 #include <linux/compiler.h>
28 #include <linux/kernel.h>
29 #include <linux/kasan.h>
30 #include <linux/module.h>
31 #include <linux/suspend.h>
32 #include <linux/pagevec.h>
33 #include <linux/blkdev.h>
34 #include <linux/slab.h>
35 #include <linux/ratelimit.h>
36 #include <linux/oom.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/random.h>
49 #include <linux/sort.h>
50 #include <linux/pfn.h>
51 #include <linux/backing-dev.h>
52 #include <linux/fault-inject.h>
53 #include <linux/page-isolation.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <trace/events/oom.h>
59 #include <linux/prefetch.h>
60 #include <linux/mm_inline.h>
61 #include <linux/mmu_notifier.h>
62 #include <linux/migrate.h>
63 #include <linux/hugetlb.h>
64 #include <linux/sched/rt.h>
65 #include <linux/sched/mm.h>
66 #include <linux/page_owner.h>
67 #include <linux/page_table_check.h>
68 #include <linux/kthread.h>
69 #include <linux/memcontrol.h>
70 #include <linux/ftrace.h>
71 #include <linux/lockdep.h>
72 #include <linux/nmi.h>
73 #include <linux/psi.h>
74 #include <linux/padata.h>
75 #include <linux/khugepaged.h>
76 #include <linux/buffer_head.h>
77 #include <linux/delayacct.h>
78 #include <asm/sections.h>
79 #include <asm/tlbflush.h>
80 #include <asm/div64.h>
81 #include "internal.h"
82 #include "shuffle.h"
83 #include "page_reporting.h"
84
85 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
86 typedef int __bitwise fpi_t;
87
88 /* No special request */
89 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
90
91 /*
92  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
93  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
94  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
95  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
96  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
97  * putting it back unmodified.
98  */
99 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
100
101 /*
102  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
103  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
104  * shuffle the whole zone).
105  *
106  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
107  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
108  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
109  *       reporting).
110  */
111 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
112
113 /*
114  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
115  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
116  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
117  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
118  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
119  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
120  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
121  */
122 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
123
124 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
125 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
126 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
127
128 struct pagesets {
129         local_lock_t lock;
130 };
131 static DEFINE_PER_CPU(struct pagesets, pagesets) __maybe_unused = {
132         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
133 };
134
135 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
136 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
137 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
138 #endif
139
140 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
141
142 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
143 /*
144  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
145  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
146  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
147  * defined in <linux/topology.h>.
148  */
149 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
150 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
151 #endif
152
153 /* work_structs for global per-cpu drains */
154 struct pcpu_drain {
155         struct zone *zone;
156         struct work_struct work;
157 };
158 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
159 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
160
161 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
162 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
163 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
164 #endif
165
166 /*
167  * Array of node states.
168  */
169 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
170         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
171         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
172 #ifndef CONFIG_NUMA
173         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
174 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
175         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
176 #endif
177         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
178         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
179 #endif  /* NUMA */
180 };
181 EXPORT_SYMBOL(node_states);
182
183 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
184 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
185 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
186 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
187
188 int percpu_pagelist_high_fraction;
189 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
190 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
191 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
192
193 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
194 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
195
196 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
197                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
198 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
199 {
200
201         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
202 }
203 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
204
205 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
206                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
207 static int __init early_init_on_free(char *buf)
208 {
209         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
210 }
211 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
212
213 /*
214  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
215  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
216  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
217  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
218  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
219  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
220  */
221 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
222 {
223         return page->index;
224 }
225
226 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
227 {
228         page->index = migratetype;
229 }
230
231 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
232 /*
233  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
234  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
235  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
236  * they should always be called with system_transition_mutex held
237  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
238  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
239  * with that modification).
240  */
241
242 static gfp_t saved_gfp_mask;
243
244 void pm_restore_gfp_mask(void)
245 {
246         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
247         if (saved_gfp_mask) {
248                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
249                 saved_gfp_mask = 0;
250         }
251 }
252
253 void pm_restrict_gfp_mask(void)
254 {
255         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
256         WARN_ON(saved_gfp_mask);
257         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
258         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
259 }
260
261 bool pm_suspended_storage(void)
262 {
263         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
264                 return false;
265         return true;
266 }
267 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
268
269 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
270 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
271 #endif
272
273 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
274                             fpi_t fpi_flags);
275
276 /*
277  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
278  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
279  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
280  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
281  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
282  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
283  *
284  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
285  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
286  */
287 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
288 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
289         [ZONE_DMA] = 256,
290 #endif
291 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
292         [ZONE_DMA32] = 256,
293 #endif
294         [ZONE_NORMAL] = 32,
295 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
296         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
297 #endif
298         [ZONE_MOVABLE] = 0,
299 };
300
301 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
302 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
303          "DMA",
304 #endif
305 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
306          "DMA32",
307 #endif
308          "Normal",
309 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
310          "HighMem",
311 #endif
312          "Movable",
313 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
314          "Device",
315 #endif
316 };
317
318 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
319         "Unmovable",
320         "Movable",
321         "Reclaimable",
322         "HighAtomic",
323 #ifdef CONFIG_CMA
324         "CMA",
325 #endif
326 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
327         "Isolate",
328 #endif
329 };
330
331 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
332         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
333         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
334 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
335         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
336 #endif
337 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
338         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
339 #endif
340 };
341
342 int min_free_kbytes = 1024;
343 int user_min_free_kbytes = -1;
344 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
345 int watermark_scale_factor = 10;
346
347 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
348 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
349 static unsigned long dma_reserve __initdata;
350
351 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
352 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
353 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
354 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
355 static unsigned long required_movablecore __initdata;
356 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
357 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
358 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
359
360 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
361 int movable_zone;
362 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
363
364 #if MAX_NUMNODES > 1
365 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
366 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
367 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
368 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
369 #endif
370
371 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
372
373 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
374 /*
375  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
376  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
377  * and we can permanently disable that path.
378  */
379 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
380
381 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
382 {
383         return static_branch_unlikely(&deferred_pages);
384 }
385
386 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
387 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
388 {
389         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
390
391         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
392                 return true;
393
394         return false;
395 }
396
397 /*
398  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
399  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
400  */
401 static bool __meminit
402 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
403 {
404         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
405
406         /*
407          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
408          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
409          */
410         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
411                 prev_end_pfn = end_pfn;
412                 nr_initialised = 0;
413         }
414
415         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
416         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
417                 return false;
418
419         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
420                 return true;
421         /*
422          * We start only with one section of pages, more pages are added as
423          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
424          */
425         nr_initialised++;
426         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
427             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
428                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
429                 return true;
430         }
431         return false;
432 }
433 #else
434 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
435 {
436         return false;
437 }
438
439 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
440 {
441         return false;
442 }
443
444 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
445 {
446         return false;
447 }
448 #endif
449
450 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
451 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
452                                                         unsigned long pfn)
453 {
454 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
455         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
456 #else
457         return page_zone(page)->pageblock_flags;
458 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
459 }
460
461 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
462 {
463 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
464         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
465 #else
466         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
467 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
468         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
469 }
470
471 static __always_inline
472 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
473                                         unsigned long pfn,
474                                         unsigned long mask)
475 {
476         unsigned long *bitmap;
477         unsigned long bitidx, word_bitidx;
478         unsigned long word;
479
480         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
481         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
482         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
483         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
484
485         word = bitmap[word_bitidx];
486         return (word >> bitidx) & mask;
487 }
488
489 /**
490  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
491  * @page: The page within the block of interest
492  * @pfn: The target page frame number
493  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
494  *
495  * Return: pageblock_bits flags
496  */
497 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
498                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
499 {
500         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
501 }
502
503 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
504                                         unsigned long pfn)
505 {
506         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
507 }
508
509 /**
510  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
511  * @page: The page within the block of interest
512  * @flags: The flags to set
513  * @pfn: The target page frame number
514  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
515  */
516 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
517                                         unsigned long pfn,
518                                         unsigned long mask)
519 {
520         unsigned long *bitmap;
521         unsigned long bitidx, word_bitidx;
522         unsigned long old_word, word;
523
524         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
525         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
526
527         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
528         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
529         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
530         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
531
532         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
533
534         mask <<= bitidx;
535         flags <<= bitidx;
536
537         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
538         for (;;) {
539                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
540                 if (word == old_word)
541                         break;
542                 word = old_word;
543         }
544 }
545
546 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
547 {
548         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
549                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
550                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
551
552         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
553                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
554 }
555
556 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
557 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
558 {
559         int ret = 0;
560         unsigned seq;
561         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
562         unsigned long sp, start_pfn;
563
564         do {
565                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
566                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
567                 sp = zone->spanned_pages;
568                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
569                         ret = 1;
570         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
571
572         if (ret)
573                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
574                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
575                         start_pfn, start_pfn + sp);
576
577         return ret;
578 }
579
580 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
581 {
582         if (zone != page_zone(page))
583                 return 0;
584
585         return 1;
586 }
587 /*
588  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
589  */
590 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
591 {
592         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
593                 return 1;
594         if (!page_is_consistent(zone, page))
595                 return 1;
596
597         return 0;
598 }
599 #else
600 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
601 {
602         return 0;
603 }
604 #endif
605
606 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
607 {
608         static unsigned long resume;
609         static unsigned long nr_shown;
610         static unsigned long nr_unshown;
611
612         /*
613          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
614          * or allow a steady drip of one report per second.
615          */
616         if (nr_shown == 60) {
617                 if (time_before(jiffies, resume)) {
618                         nr_unshown++;
619                         goto out;
620                 }
621                 if (nr_unshown) {
622                         pr_alert(
623                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
624                                 nr_unshown);
625                         nr_unshown = 0;
626                 }
627                 nr_shown = 0;
628         }
629         if (nr_shown++ == 0)
630                 resume = jiffies + 60 * HZ;
631
632         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
633                 current->comm, page_to_pfn(page));
634         dump_page(page, reason);
635
636         print_modules();
637         dump_stack();
638 out:
639         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
640         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
641         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
642 }
643
644 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
645 {
646         int base = order;
647
648 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
649         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
650                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
651                 base = PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER + 1;
652         }
653 #else
654         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
655 #endif
656
657         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
658 }
659
660 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
661 {
662         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
663
664 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
665         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
666                 order = pageblock_order;
667 #else
668         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
669 #endif
670
671         return order;
672 }
673
674 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
675 {
676         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
677                 return true;
678 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
679         if (order == pageblock_order)
680                 return true;
681 #endif
682         return false;
683 }
684
685 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
686 {
687         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
688                 free_unref_page(page, order);
689         else
690                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
691 }
692
693 /*
694  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
695  *
696  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
697  *
698  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
699  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
700  *
701  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
702  * page destructors. See compound_page_dtors.
703  *
704  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
705  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
706  */
707
708 void free_compound_page(struct page *page)
709 {
710         mem_cgroup_uncharge(page_folio(page));
711         free_the_page(page, compound_order(page));
712 }
713
714 static void prep_compound_head(struct page *page, unsigned int order)
715 {
716         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
717         set_compound_order(page, order);
718         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
719         atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
720 }
721
722 static void prep_compound_tail(struct page *head, int tail_idx)
723 {
724         struct page *p = head + tail_idx;
725
726         p->mapping = TAIL_MAPPING;
727         set_compound_head(p, head);
728 }
729
730 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
731 {
732         int i;
733         int nr_pages = 1 << order;
734
735         __SetPageHead(page);
736         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
737                 prep_compound_tail(page, i);
738
739         prep_compound_head(page, order);
740 }
741
742 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
743 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
744
745 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
746                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
747 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
748 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
749 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
750
751 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
752
753 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
754 {
755         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
756 }
757 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
758
759 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
760 {
761         unsigned long res;
762
763         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
764                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
765                 return 0;
766         }
767         _debug_guardpage_minorder = res;
768         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
769         return 0;
770 }
771 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
772
773 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
774                                 unsigned int order, int migratetype)
775 {
776         if (!debug_guardpage_enabled())
777                 return false;
778
779         if (order >= debug_guardpage_minorder())
780                 return false;
781
782         __SetPageGuard(page);
783         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
784         set_page_private(page, order);
785         /* Guard pages are not available for any usage */
786         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
787
788         return true;
789 }
790
791 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
792                                 unsigned int order, int migratetype)
793 {
794         if (!debug_guardpage_enabled())
795                 return;
796
797         __ClearPageGuard(page);
798
799         set_page_private(page, 0);
800         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
801                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
802 }
803 #else
804 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
805                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
806 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
807                                 unsigned int order, int migratetype) {}
808 #endif
809
810 /*
811  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
812  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
813  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
814  * enabled, and then make decisions.
815  */
816 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
817 {
818         bool page_poisoning_requested = false;
819
820 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
821         /*
822          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
823          * either of those options are enabled, enable poisoning.
824          */
825         if (page_poisoning_enabled() ||
826              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
827               debug_pagealloc_enabled())) {
828                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
829                 page_poisoning_requested = true;
830         }
831 #endif
832
833         if ((_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early) &&
834             page_poisoning_requested) {
835                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
836                         "will take precedence over init_on_alloc and init_on_free\n");
837                 _init_on_alloc_enabled_early = false;
838                 _init_on_free_enabled_early = false;
839         }
840
841         if (_init_on_alloc_enabled_early)
842                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
843         else
844                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
845
846         if (_init_on_free_enabled_early)
847                 static_branch_enable(&init_on_free);
848         else
849                 static_branch_disable(&init_on_free);
850
851 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
852         if (!debug_pagealloc_enabled())
853                 return;
854
855         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
856
857         if (!debug_guardpage_minorder())
858                 return;
859
860         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
861 #endif
862 }
863
864 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
865 {
866         set_page_private(page, order);
867         __SetPageBuddy(page);
868 }
869
870 /*
871  * This function checks whether a page is free && is the buddy
872  * we can coalesce a page and its buddy if
873  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
874  * (b) the buddy is in the buddy system &&
875  * (c) a page and its buddy have the same order &&
876  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
877  *
878  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
879  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
880  *
881  * For recording page's order, we use page_private(page).
882  */
883 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
884                                                         unsigned int order)
885 {
886         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
887                 return false;
888
889         if (buddy_order(buddy) != order)
890                 return false;
891
892         /*
893          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
894          * zone/node ids for pages that could never merge.
895          */
896         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
897                 return false;
898
899         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
900
901         return true;
902 }
903
904 #ifdef CONFIG_COMPACTION
905 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
906 {
907         struct capture_control *capc = current->capture_control;
908
909         return unlikely(capc) &&
910                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
911                 !capc->page &&
912                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
913 }
914
915 static inline bool
916 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
917                    int order, int migratetype)
918 {
919         if (!capc || order != capc->cc->order)
920                 return false;
921
922         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
923         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
924             is_migrate_isolate(migratetype))
925                 return false;
926
927         /*
928          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
929          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
930          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
931          * have trouble finding a high-order free page.
932          */
933         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
934                 return false;
935
936         capc->page = page;
937         return true;
938 }
939
940 #else
941 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
942 {
943         return NULL;
944 }
945
946 static inline bool
947 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
948                    int order, int migratetype)
949 {
950         return false;
951 }
952 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
953
954 /* Used for pages not on another list */
955 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
956                                     unsigned int order, int migratetype)
957 {
958         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
959
960         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
961         area->nr_free++;
962 }
963
964 /* Used for pages not on another list */
965 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
966                                          unsigned int order, int migratetype)
967 {
968         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
969
970         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
971         area->nr_free++;
972 }
973
974 /*
975  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
976  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
977  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
978  */
979 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
980                                      unsigned int order, int migratetype)
981 {
982         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
983
984         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
985 }
986
987 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
988                                            unsigned int order)
989 {
990         /* clear reported state and update reported page count */
991         if (page_reported(page))
992                 __ClearPageReported(page);
993
994         list_del(&page->lru);
995         __ClearPageBuddy(page);
996         set_page_private(page, 0);
997         zone->free_area[order].nr_free--;
998 }
999
1000 /*
1001  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
1002  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
1003  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
1004  * that is happening, add the free page to the tail of the list
1005  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
1006  * as a higher order page
1007  */
1008 static inline bool
1009 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
1010                    struct page *page, unsigned int order)
1011 {
1012         struct page *higher_page, *higher_buddy;
1013         unsigned long combined_pfn;
1014
1015         if (order >= MAX_ORDER - 2)
1016                 return false;
1017
1018         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1019         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
1020         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
1021         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
1022
1023         return page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
1024 }
1025
1026 /*
1027  * Freeing function for a buddy system allocator.
1028  *
1029  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1030  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1031  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1032  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1033  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1034  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1035  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1036  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1037  * parts of the VM system.
1038  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1039  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1040  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1041  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1042  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1043  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1044  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1045  * triggers coalescing into a block of larger size.
1046  *
1047  * -- nyc
1048  */
1049
1050 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1051                 unsigned long pfn,
1052                 struct zone *zone, unsigned int order,
1053                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1054 {
1055         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1056         unsigned int max_order = pageblock_order;
1057         unsigned long buddy_pfn;
1058         unsigned long combined_pfn;
1059         struct page *buddy;
1060         bool to_tail;
1061
1062         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1063         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1064
1065         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1066         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1067                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1068
1069         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1070         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1071
1072 continue_merging:
1073         while (order < max_order) {
1074                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1075                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1076                                                                 migratetype);
1077                         return;
1078                 }
1079                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1080                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1081
1082                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1083                         goto done_merging;
1084                 /*
1085                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1086                  * merge with it and move up one order.
1087                  */
1088                 if (page_is_guard(buddy))
1089                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1090                 else
1091                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1092                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1093                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1094                 pfn = combined_pfn;
1095                 order++;
1096         }
1097         if (order < MAX_ORDER - 1) {
1098                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1099                  * We want to prevent merge between freepages on pageblock
1100                  * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
1101                  * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
1102                  * accounting or HIGHATOMIC accounting.
1103                  *
1104                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1105                  * low-order merging.
1106                  */
1107                 int buddy_mt;
1108
1109                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1110                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1111                 buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1112
1113                 if (migratetype != buddy_mt
1114                                 && (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
1115                                         !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
1116                         goto done_merging;
1117                 max_order = order + 1;
1118                 goto continue_merging;
1119         }
1120
1121 done_merging:
1122         set_buddy_order(page, order);
1123
1124         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1125                 to_tail = true;
1126         else if (is_shuffle_order(order))
1127                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1128         else
1129                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1130
1131         if (to_tail)
1132                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1133         else
1134                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1135
1136         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1137         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1138                 page_reporting_notify_free(order);
1139 }
1140
1141 /*
1142  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1143  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1144  * check if necessary.
1145  */
1146 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1147                                         unsigned long check_flags)
1148 {
1149         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1150                 return false;
1151
1152         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1153                         page_ref_count(page) |
1154 #ifdef CONFIG_MEMCG
1155                         page->memcg_data |
1156 #endif
1157                         (page->flags & check_flags)))
1158                 return false;
1159
1160         return true;
1161 }
1162
1163 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1164 {
1165         const char *bad_reason = NULL;
1166
1167         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1168                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1169         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1170                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1171         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1172                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1173         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1174                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1175                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1176                 else
1177                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1178         }
1179 #ifdef CONFIG_MEMCG
1180         if (unlikely(page->memcg_data))
1181                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1182 #endif
1183         return bad_reason;
1184 }
1185
1186 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1187 {
1188         bad_page(page,
1189                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1190 }
1191
1192 static inline int check_free_page(struct page *page)
1193 {
1194         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1195                 return 0;
1196
1197         /* Something has gone sideways, find it */
1198         check_free_page_bad(page);
1199         return 1;
1200 }
1201
1202 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1203 {
1204         int ret = 1;
1205
1206         /*
1207          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1208          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1209          */
1210         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1211
1212         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1213                 ret = 0;
1214                 goto out;
1215         }
1216         switch (page - head_page) {
1217         case 1:
1218                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1219                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1220                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1221                         goto out;
1222                 }
1223                 break;
1224         case 2:
1225                 /*
1226                  * the second tail page: ->mapping is
1227                  * deferred_list.next -- ignore value.
1228                  */
1229                 break;
1230         default:
1231                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1232                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1233                         goto out;
1234                 }
1235                 break;
1236         }
1237         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1238                 bad_page(page, "PageTail not set");
1239                 goto out;
1240         }
1241         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1242                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1243                 goto out;
1244         }
1245         ret = 0;
1246 out:
1247         page->mapping = NULL;
1248         clear_compound_head(page);
1249         return ret;
1250 }
1251
1252 /*
1253  * Skip KASAN memory poisoning when either:
1254  *
1255  * 1. Deferred memory initialization has not yet completed,
1256  *    see the explanation below.
1257  * 2. Skipping poisoning is requested via FPI_SKIP_KASAN_POISON,
1258  *    see the comment next to it.
1259  * 3. Skipping poisoning is requested via __GFP_SKIP_KASAN_POISON,
1260  *    see the comment next to it.
1261  *
1262  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1263  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1264  * initialization is done with interrupt disabled.
1265  *
1266  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1267  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1268  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1269  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1270  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1271  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1272  */
1273 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
1274 {
1275         return deferred_pages_enabled() ||
1276                (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
1277                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
1278                PageSkipKASanPoison(page);
1279 }
1280
1281 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1282 {
1283         int i;
1284
1285         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1286         kasan_disable_current();
1287         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1288                 u8 tag = page_kasan_tag(page + i);
1289                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1290                 clear_highpage(page + i);
1291                 page_kasan_tag_set(page + i, tag);
1292         }
1293         kasan_enable_current();
1294 }
1295
1296 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1297                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1298 {
1299         int bad = 0;
1300         bool init = want_init_on_free();
1301
1302         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1303
1304         trace_mm_page_free(page, order);
1305
1306         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1307                 /*
1308                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1309                  * Untie memcg state and reset page's owner
1310                  */
1311                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1312                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1313                 reset_page_owner(page, order);
1314                 page_table_check_free(page, order);
1315                 return false;
1316         }
1317
1318         /*
1319          * Check tail pages before head page information is cleared to
1320          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1321          */
1322         if (unlikely(order)) {
1323                 bool compound = PageCompound(page);
1324                 int i;
1325
1326                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1327
1328                 if (compound) {
1329                         ClearPageDoubleMap(page);
1330                         ClearPageHasHWPoisoned(page);
1331                 }
1332                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1333                         if (compound)
1334                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1335                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1336                                 bad++;
1337                                 continue;
1338                         }
1339                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1340                 }
1341         }
1342         if (PageMappingFlags(page))
1343                 page->mapping = NULL;
1344         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1345                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1346         if (check_free)
1347                 bad += check_free_page(page);
1348         if (bad)
1349                 return false;
1350
1351         page_cpupid_reset_last(page);
1352         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1353         reset_page_owner(page, order);
1354         page_table_check_free(page, order);
1355
1356         if (!PageHighMem(page)) {
1357                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1358                                            PAGE_SIZE << order);
1359                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1360                                            PAGE_SIZE << order);
1361         }
1362
1363         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1364
1365         /*
1366          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1367          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1368          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1369          *
1370          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1371          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1372          */
1373         if (!should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags)) {
1374                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1375
1376                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1377                 if (kasan_has_integrated_init())
1378                         init = false;
1379         }
1380         if (init)
1381                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1382
1383         /*
1384          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1385          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1386          * happen after this.
1387          */
1388         arch_free_page(page, order);
1389
1390         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1391
1392         return true;
1393 }
1394
1395 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1396 /*
1397  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1398  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1399  * moved from pcp lists to free lists.
1400  */
1401 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1402 {
1403         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1404 }
1405
1406 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1407 {
1408         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1409                 return check_free_page(page);
1410         else
1411                 return false;
1412 }
1413 #else
1414 /*
1415  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1416  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1417  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1418  * to the pcp lists.
1419  */
1420 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1421 {
1422         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1423                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1424         else
1425                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1426 }
1427
1428 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1429 {
1430         return check_free_page(page);
1431 }
1432 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1433
1434 /*
1435  * Frees a number of pages from the PCP lists
1436  * Assumes all pages on list are in same zone.
1437  * count is the number of pages to free.
1438  */
1439 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1440                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1441                                         int pindex)
1442 {
1443         int min_pindex = 0;
1444         int max_pindex = NR_PCP_LISTS - 1;
1445         unsigned int order;
1446         bool isolated_pageblocks;
1447         struct page *page;
1448
1449         /*
1450          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1451          * below while (list_empty(list)) loop.
1452          */
1453         count = min(pcp->count, count);
1454
1455         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1456         pindex = pindex - 1;
1457
1458         /*
1459          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
1460          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
1461          */
1462         spin_lock(&zone->lock);
1463         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1464
1465         while (count > 0) {
1466                 struct list_head *list;
1467                 int nr_pages;
1468
1469                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1470                 do {
1471                         if (++pindex > max_pindex)
1472                                 pindex = min_pindex;
1473                         list = &pcp->lists[pindex];
1474                         if (!list_empty(list))
1475                                 break;
1476
1477                         if (pindex == max_pindex)
1478                                 max_pindex--;
1479                         if (pindex == min_pindex)
1480                                 min_pindex++;
1481                 } while (1);
1482
1483                 order = pindex_to_order(pindex);
1484                 nr_pages = 1 << order;
1485                 BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER >= (1<<NR_PCP_ORDER_WIDTH));
1486                 do {
1487                         int mt;
1488
1489                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1490                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1491
1492                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1493                         list_del(&page->lru);
1494                         count -= nr_pages;
1495                         pcp->count -= nr_pages;
1496
1497                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1498                                 continue;
1499
1500                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1501                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1502                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1503                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1504                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1505
1506                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1507                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1508                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1509         }
1510
1511         spin_unlock(&zone->lock);
1512 }
1513
1514 static void free_one_page(struct zone *zone,
1515                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1516                                 unsigned int order,
1517                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1518 {
1519         unsigned long flags;
1520
1521         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1522         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1523                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1524                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1525         }
1526         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1527         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1528 }
1529
1530 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1531                                 unsigned long zone, int nid)
1532 {
1533         mm_zero_struct_page(page);
1534         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1535         init_page_count(page);
1536         page_mapcount_reset(page);
1537         page_cpupid_reset_last(page);
1538         page_kasan_tag_reset(page);
1539
1540         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1541 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1542         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1543         if (!is_highmem_idx(zone))
1544                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1545 #endif
1546 }
1547
1548 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1549 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1550 {
1551         pg_data_t *pgdat;
1552         int nid, zid;
1553
1554         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1555                 return;
1556
1557         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1558         pgdat = NODE_DATA(nid);
1559
1560         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1561                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1562
1563                 if (zone_spans_pfn(zone, pfn))
1564                         break;
1565         }
1566         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1567 }
1568 #else
1569 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1570 {
1571 }
1572 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1573
1574 /*
1575  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1576  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1577  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1578  * sent to the buddy page allocator.
1579  */
1580 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1581 {
1582         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1583         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1584
1585         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1586                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1587                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1588
1589                         init_reserved_page(start_pfn);
1590
1591                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1592                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1593
1594                         /*
1595                          * no need for atomic set_bit because the struct
1596                          * page is not visible yet so nobody should
1597                          * access it yet.
1598                          */
1599                         __SetPageReserved(page);
1600                 }
1601         }
1602 }
1603
1604 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1605                             fpi_t fpi_flags)
1606 {
1607         unsigned long flags;
1608         int migratetype;
1609         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1610         struct zone *zone = page_zone(page);
1611
1612         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1613                 return;
1614
1615         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1616
1617         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1618         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1619                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1620                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1621         }
1622         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1623         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1624
1625         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1626 }
1627
1628 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1629 {
1630         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1631         struct page *p = page;
1632         unsigned int loop;
1633
1634         /*
1635          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1636          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1637          * refcount of all involved pages to 0.
1638          */
1639         prefetchw(p);
1640         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1641                 prefetchw(p + 1);
1642                 __ClearPageReserved(p);
1643                 set_page_count(p, 0);
1644         }
1645         __ClearPageReserved(p);
1646         set_page_count(p, 0);
1647
1648         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1649
1650         /*
1651          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1652          * relevant for memory onlining.
1653          */
1654         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1655 }
1656
1657 #ifdef CONFIG_NUMA
1658
1659 /*
1660  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1661  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1662  * treats start/end as pfns.
1663  */
1664 struct mminit_pfnnid_cache {
1665         unsigned long last_start;
1666         unsigned long last_end;
1667         int last_nid;
1668 };
1669
1670 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1671
1672 /*
1673  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1674  */
1675 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1676                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1677 {
1678         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1679         int nid;
1680
1681         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1682                 return state->last_nid;
1683
1684         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1685         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1686                 state->last_start = start_pfn;
1687                 state->last_end = end_pfn;
1688                 state->last_nid = nid;
1689         }
1690
1691         return nid;
1692 }
1693
1694 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1695 {
1696         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1697         int nid;
1698
1699         spin_lock(&early_pfn_lock);
1700         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1701         if (nid < 0)
1702                 nid = first_online_node;
1703         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1704
1705         return nid;
1706 }
1707 #endif /* CONFIG_NUMA */
1708
1709 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1710                                                         unsigned int order)
1711 {
1712         if (early_page_uninitialised(pfn))
1713                 return;
1714         __free_pages_core(page, order);
1715 }
1716
1717 /*
1718  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1719  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1720  * with the migration of free compaction scanner.
1721  *
1722  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1723  *
1724  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1725  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1726  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1727  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1728  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1729  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1730  * page in a pageblock.
1731  */
1732 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1733                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1734 {
1735         struct page *start_page;
1736         struct page *end_page;
1737
1738         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1739         end_pfn--;
1740
1741         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1742                 return NULL;
1743
1744         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1745         if (!start_page)
1746                 return NULL;
1747
1748         if (page_zone(start_page) != zone)
1749                 return NULL;
1750
1751         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1752
1753         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1754         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1755                 return NULL;
1756
1757         return start_page;
1758 }
1759
1760 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1761 {
1762         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1763         unsigned long block_end_pfn;
1764
1765         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1766         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1767                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1768                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1769
1770                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1771
1772                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1773                                              block_end_pfn, zone))
1774                         return;
1775                 cond_resched();
1776         }
1777
1778         /* We confirm that there is no hole */
1779         zone->contiguous = true;
1780 }
1781
1782 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1783 {
1784         zone->contiguous = false;
1785 }
1786
1787 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1788 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1789                                        unsigned long nr_pages)
1790 {
1791         struct page *page;
1792         unsigned long i;
1793
1794         if (!nr_pages)
1795                 return;
1796
1797         page = pfn_to_page(pfn);
1798
1799         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1800         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1801             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1802                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1803                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1804                 return;
1805         }
1806
1807         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1808                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1809                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1810                 __free_pages_core(page, 0);
1811         }
1812 }
1813
1814 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1815 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1816 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1817
1818 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1819 {
1820         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1821                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1822 }
1823
1824 /*
1825  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1826  *
1827  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1828  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1829  * function is optimized out.
1830  *
1831  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1832  * of the head pfn.
1833  */
1834 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1835 {
1836         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1837                 return false;
1838         return true;
1839 }
1840
1841 /*
1842  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1843  * pageblock_nr_pages sizes.
1844  */
1845 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1846                                        unsigned long end_pfn)
1847 {
1848         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1849         unsigned long nr_free = 0;
1850
1851         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1852                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1853                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1854                         nr_free = 0;
1855                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1856                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1857                         nr_free = 1;
1858                 } else {
1859                         nr_free++;
1860                 }
1861         }
1862         /* Free the last block of pages to allocator */
1863         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1864 }
1865
1866 /*
1867  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1868  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1869  * Return number of pages initialized.
1870  */
1871 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1872                                                  unsigned long pfn,
1873                                                  unsigned long end_pfn)
1874 {
1875         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1876         int nid = zone_to_nid(zone);
1877         unsigned long nr_pages = 0;
1878         int zid = zone_idx(zone);
1879         struct page *page = NULL;
1880
1881         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1882                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1883                         page = NULL;
1884                         continue;
1885                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1886                         page = pfn_to_page(pfn);
1887                 } else {
1888                         page++;
1889                 }
1890                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1891                 nr_pages++;
1892         }
1893         return (nr_pages);
1894 }
1895
1896 /*
1897  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1898  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1899  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1900  * return false indicating there are no valid ranges left.
1901  */
1902 static bool __init
1903 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1904                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1905                                     unsigned long first_init_pfn)
1906 {
1907         u64 j;
1908
1909         /*
1910          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1911          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1912          * so we just need to flush them out of the system.
1913          */
1914         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1915                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1916                         continue;
1917                 if (*spfn < first_init_pfn)
1918                         *spfn = first_init_pfn;
1919                 *i = j;
1920                 return true;
1921         }
1922
1923         return false;
1924 }
1925
1926 /*
1927  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1928  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1929  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1930  * page in __free_one_page()).
1931  *
1932  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1933  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1934  * any issues with the buddy page computation.
1935  */
1936 static unsigned long __init
1937 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1938                        unsigned long *end_pfn)
1939 {
1940         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1941         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1942         unsigned long nr_pages = 0;
1943         u64 j = *i;
1944
1945         /* First we loop through and initialize the page values */
1946         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1947                 unsigned long t;
1948
1949                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1950                         break;
1951
1952                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1953                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1954
1955                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1956                         *start_pfn = mo_pfn;
1957                         break;
1958                 }
1959         }
1960
1961         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1962         swap(j, *i);
1963
1964         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1965                 unsigned long t;
1966
1967                 if (mo_pfn <= spfn)
1968                         break;
1969
1970                 t = min(mo_pfn, epfn);
1971                 deferred_free_pages(spfn, t);
1972
1973                 if (mo_pfn <= epfn)
1974                         break;
1975         }
1976
1977         return nr_pages;
1978 }
1979
1980 static void __init
1981 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1982                            void *arg)
1983 {
1984         unsigned long spfn, epfn;
1985         struct zone *zone = arg;
1986         u64 i;
1987
1988         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
1989
1990         /*
1991          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
1992          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
1993          */
1994         while (spfn < end_pfn) {
1995                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1996                 cond_resched();
1997         }
1998 }
1999
2000 /* An arch may override for more concurrency. */
2001 __weak int __init
2002 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2003 {
2004         return 1;
2005 }
2006
2007 /* Initialise remaining memory on a node */
2008 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2009 {
2010         pg_data_t *pgdat = data;
2011         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2012         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2013         unsigned long first_init_pfn, flags;
2014         unsigned long start = jiffies;
2015         struct zone *zone;
2016         int zid, max_threads;
2017         u64 i;
2018
2019         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2020         if (!cpumask_empty(cpumask))
2021                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2022
2023         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2024         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2025         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2026                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2027                 pgdat_init_report_one_done();
2028                 return 0;
2029         }
2030
2031         /* Sanity check boundaries */
2032         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2033         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2034         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2035
2036         /*
2037          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2038          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2039          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2040          */
2041         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2042
2043         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2044         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2045                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2046                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2047                         break;
2048         }
2049
2050         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2051         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2052                                                  first_init_pfn))
2053                 goto zone_empty;
2054
2055         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2056
2057         while (spfn < epfn) {
2058                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2059                 struct padata_mt_job job = {
2060                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2061                         .fn_arg      = zone,
2062                         .start       = spfn,
2063                         .size        = epfn_align - spfn,
2064                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2065                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2066                         .max_threads = max_threads,
2067                 };
2068
2069                 padata_do_multithreaded(&job);
2070                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2071                                                     epfn_align);
2072         }
2073 zone_empty:
2074         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2075         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2076
2077         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2078                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2079
2080         pgdat_init_report_one_done();
2081         return 0;
2082 }
2083
2084 /*
2085  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2086  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2087  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2088  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2089  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2090  *
2091  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2092  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2093  * enough pages to satisfy the allocation.
2094  *
2095  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2096  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2097  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2098  */
2099 static noinline bool __init
2100 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2101 {
2102         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2103         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2104         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2105         unsigned long spfn, epfn, flags;
2106         unsigned long nr_pages = 0;
2107         u64 i;
2108
2109         /* Only the last zone may have deferred pages */
2110         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2111                 return false;
2112
2113         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2114
2115         /*
2116          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2117          * true, as there might be enough pages already.
2118          */
2119         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2120                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2121                 return true;
2122         }
2123
2124         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2125         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2126                                                  first_deferred_pfn)) {
2127                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2128                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2129                 /* Retry only once. */
2130                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2131         }
2132
2133         /*
2134          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2135          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2136          * allocator.
2137          */
2138         while (spfn < epfn) {
2139                 /* update our first deferred PFN for this section */
2140                 first_deferred_pfn = spfn;
2141
2142                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2143                 touch_nmi_watchdog();
2144
2145                 /* We should only stop along section boundaries */
2146                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2147                         continue;
2148
2149                 /* If our quota has been met we can stop here */
2150                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2151                         break;
2152         }
2153
2154         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2155         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2156
2157         return nr_pages > 0;
2158 }
2159
2160 /*
2161  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2162  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2163  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2164  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2165  */
2166 static bool __ref
2167 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2168 {
2169         return deferred_grow_zone(zone, order);
2170 }
2171
2172 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2173
2174 void __init page_alloc_init_late(void)
2175 {
2176         struct zone *zone;
2177         int nid;
2178
2179 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2180
2181         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2182         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2183         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2184                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2185         }
2186
2187         /* Block until all are initialised */
2188         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2189
2190         /*
2191          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2192          * on-demand struct page initialization.
2193          */
2194         static_branch_disable(&deferred_pages);
2195
2196         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2197         files_maxfiles_init();
2198 #endif
2199
2200         buffer_init();
2201
2202         /* Discard memblock private memory */
2203         memblock_discard();
2204
2205         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2206                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2207
2208         for_each_populated_zone(zone)
2209                 set_zone_contiguous(zone);
2210 }
2211
2212 #ifdef CONFIG_CMA
2213 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2214 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2215 {
2216         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2217         struct page *p = page;
2218
2219         do {
2220                 __ClearPageReserved(p);
2221                 set_page_count(p, 0);
2222         } while (++p, --i);
2223
2224         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2225         set_page_refcounted(page);
2226         __free_pages(page, pageblock_order);
2227
2228         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2229         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2230 }
2231 #endif
2232
2233 /*
2234  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2235  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2236  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2237  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2238  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2239  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2240  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2241  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2242  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2243  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2244  *
2245  * -- nyc
2246  */
2247 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2248         int low, int high, int migratetype)
2249 {
2250         unsigned long size = 1 << high;
2251
2252         while (high > low) {
2253                 high--;
2254                 size >>= 1;
2255                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2256
2257                 /*
2258                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2259                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2260                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2261                  * pages will stay not present in virtual address space
2262                  */
2263                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2264                         continue;
2265
2266                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2267                 set_buddy_order(&page[size], high);
2268         }
2269 }
2270
2271 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2272 {
2273         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2274                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2275                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2276                 return;
2277         }
2278
2279         bad_page(page,
2280                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2281 }
2282
2283 /*
2284  * This page is about to be returned from the page allocator
2285  */
2286 static inline int check_new_page(struct page *page)
2287 {
2288         if (likely(page_expected_state(page,
2289                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2290                 return 0;
2291
2292         check_new_page_bad(page);
2293         return 1;
2294 }
2295
2296 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2297 {
2298         int i;
2299         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2300                 struct page *p = page + i;
2301
2302                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2303                         return true;
2304         }
2305
2306         return false;
2307 }
2308
2309 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2310 /*
2311  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2312  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2313  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2314  */
2315 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2316 {
2317         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2318                 return check_new_pages(page, order);
2319         else
2320                 return false;
2321 }
2322
2323 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2324 {
2325         return check_new_pages(page, order);
2326 }
2327 #else
2328 /*
2329  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2330  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2331  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2332  */
2333 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2334 {
2335         return check_new_pages(page, order);
2336 }
2337 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2338 {
2339         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2340                 return check_new_pages(page, order);
2341         else
2342                 return false;
2343 }
2344 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2345
2346 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2347                                 gfp_t gfp_flags)
2348 {
2349         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags);
2350         bool init_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
2351
2352         set_page_private(page, 0);
2353         set_page_refcounted(page);
2354
2355         arch_alloc_page(page, order);
2356         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2357
2358         /*
2359          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2360          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2361          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2362          */
2363         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2364
2365         /*
2366          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2367          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
2368          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2369          */
2370         if (kasan_has_integrated_init()) {
2371                 if (gfp_flags & __GFP_SKIP_KASAN_POISON)
2372                         SetPageSkipKASanPoison(page);
2373
2374                 if (init_tags) {
2375                         int i;
2376
2377                         for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
2378                                 tag_clear_highpage(page + i);
2379                 } else {
2380                         kasan_unpoison_pages(page, order, init);
2381                 }
2382         } else {
2383                 kasan_unpoison_pages(page, order, init);
2384
2385                 if (init_tags) {
2386                         int i;
2387
2388                         for (i = 0; i < 1 << order; i++)
2389                                 tag_clear_highpage(page + i);
2390
2391                         init = false;
2392                 }
2393
2394                 if (init)
2395                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2396         }
2397
2398         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2399         page_table_check_alloc(page, order);
2400 }
2401
2402 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2403                                                         unsigned int alloc_flags)
2404 {
2405         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2406
2407         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2408                 prep_compound_page(page, order);
2409
2410         /*
2411          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2412          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2413          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2414          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2415          */
2416         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2417                 set_page_pfmemalloc(page);
2418         else
2419                 clear_page_pfmemalloc(page);
2420 }
2421
2422 /*
2423  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2424  * the smallest available page from the freelists
2425  */
2426 static __always_inline
2427 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2428                                                 int migratetype)
2429 {
2430         unsigned int current_order;
2431         struct free_area *area;
2432         struct page *page;
2433
2434         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2435         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2436                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2437                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2438                 if (!page)
2439                         continue;
2440                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2441                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2442                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2443                 return page;
2444         }
2445
2446         return NULL;
2447 }
2448
2449
2450 /*
2451  * This array describes the order lists are fallen back to when
2452  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2453  *
2454  * The other migratetypes do not have fallbacks.
2455  */
2456 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2457         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2458         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2459         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2460 };
2461
2462 #ifdef CONFIG_CMA
2463 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2464                                         unsigned int order)
2465 {
2466         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2467 }
2468 #else
2469 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2470                                         unsigned int order) { return NULL; }
2471 #endif
2472
2473 /*
2474  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2475  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2476  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2477  */
2478 static int move_freepages(struct zone *zone,
2479                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2480                           int migratetype, int *num_movable)
2481 {
2482         struct page *page;
2483         unsigned long pfn;
2484         unsigned int order;
2485         int pages_moved = 0;
2486
2487         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2488                 page = pfn_to_page(pfn);
2489                 if (!PageBuddy(page)) {
2490                         /*
2491                          * We assume that pages that could be isolated for
2492                          * migration are movable. But we don't actually try
2493                          * isolating, as that would be expensive.
2494                          */
2495                         if (num_movable &&
2496                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2497                                 (*num_movable)++;
2498                         pfn++;
2499                         continue;
2500                 }
2501
2502                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2503                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2504                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2505
2506                 order = buddy_order(page);
2507                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2508                 pfn += 1 << order;
2509                 pages_moved += 1 << order;
2510         }
2511
2512         return pages_moved;
2513 }
2514
2515 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2516                                 int migratetype, int *num_movable)
2517 {
2518         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2519
2520         if (num_movable)
2521                 *num_movable = 0;
2522
2523         pfn = page_to_pfn(page);
2524         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2525         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2526
2527         /* Do not cross zone boundaries */
2528         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2529                 start_pfn = pfn;
2530         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2531                 return 0;
2532
2533         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2534                                                                 num_movable);
2535 }
2536
2537 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2538                                         int start_order, int migratetype)
2539 {
2540         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2541
2542         while (nr_pageblocks--) {
2543                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2544                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2545         }
2546 }
2547
2548 /*
2549  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2550  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2551  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2552  *
2553  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2554  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2555  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2556  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2557  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2558  * pageblocks.
2559  */
2560 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2561 {
2562         /*
2563          * Leaving this order check is intended, although there is
2564          * relaxed order check in next check. The reason is that
2565          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2566          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2567          * so could be changed anytime.
2568          */
2569         if (order >= pageblock_order)
2570                 return true;
2571
2572         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2573                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2574                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2575                 page_group_by_mobility_disabled)
2576                 return true;
2577
2578         return false;
2579 }
2580
2581 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2582 {
2583         unsigned long max_boost;
2584
2585         if (!watermark_boost_factor)
2586                 return false;
2587         /*
2588          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2589          * On small machines, including kdump capture kernels running
2590          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2591          * memory situation immediately.
2592          */
2593         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2594                 return false;
2595
2596         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2597                         watermark_boost_factor, 10000);
2598
2599         /*
2600          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2601          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2602          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2603          * allocations that early means that reclaim is not going
2604          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2605          * boosted watermark resulting in a hang.
2606          */
2607         if (!max_boost)
2608                 return false;
2609
2610         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2611
2612         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2613                 max_boost);
2614
2615         return true;
2616 }
2617
2618 /*
2619  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2620  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2621  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2622  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2623  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2624  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2625  */
2626 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2627                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2628 {
2629         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2630         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2631         int old_block_type;
2632
2633         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2634
2635         /*
2636          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2637          * highatomic accounting.
2638          */
2639         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2640                 goto single_page;
2641
2642         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2643         if (current_order >= pageblock_order) {
2644                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2645                 goto single_page;
2646         }
2647
2648         /*
2649          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2650          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2651          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2652          */
2653         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2654                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2655
2656         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2657         if (!whole_block)
2658                 goto single_page;
2659
2660         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2661                                                 &movable_pages);
2662         /*
2663          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2664          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2665          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2666          */
2667         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2668                 alike_pages = movable_pages;
2669         } else {
2670                 /*
2671                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2672                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2673                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2674                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2675                  * exact migratetype of non-movable pages.
2676                  */
2677                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2678                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2679                                                 - (free_pages + movable_pages);
2680                 else
2681                         alike_pages = 0;
2682         }
2683
2684         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2685         if (!free_pages)
2686                 goto single_page;
2687
2688         /*
2689          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2690          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2691          */
2692         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2693                         page_group_by_mobility_disabled)
2694                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2695
2696         return;
2697
2698 single_page:
2699         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2700 }
2701
2702 /*
2703  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2704  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2705  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2706  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2707  */
2708 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2709                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2710 {
2711         int i;
2712         int fallback_mt;
2713
2714         if (area->nr_free == 0)
2715                 return -1;
2716
2717         *can_steal = false;
2718         for (i = 0;; i++) {
2719                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2720                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2721                         break;
2722
2723                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2724                         continue;
2725
2726                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2727                         *can_steal = true;
2728
2729                 if (!only_stealable)
2730                         return fallback_mt;
2731
2732                 if (*can_steal)
2733                         return fallback_mt;
2734         }
2735
2736         return -1;
2737 }
2738
2739 /*
2740  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2741  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2742  */
2743 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2744                                 unsigned int alloc_order)
2745 {
2746         int mt;
2747         unsigned long max_managed, flags;
2748
2749         /*
2750          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2751          * Check is race-prone but harmless.
2752          */
2753         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2754         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2755                 return;
2756
2757         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2758
2759         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2760         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2761                 goto out_unlock;
2762
2763         /* Yoink! */
2764         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2765         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
2766         if (migratetype_is_mergeable(mt)) {
2767                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2768                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2769                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2770         }
2771
2772 out_unlock:
2773         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2774 }
2775
2776 /*
2777  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2778  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2779  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2780  * to recover from than an OOM.
2781  *
2782  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2783  * pageblock is exhausted.
2784  */
2785 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2786                                                 bool force)
2787 {
2788         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2789         unsigned long flags;
2790         struct zoneref *z;
2791         struct zone *zone;
2792         struct page *page;
2793         int order;
2794         bool ret;
2795
2796         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2797                                                                 ac->nodemask) {
2798                 /*
2799                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2800                  * is really high.
2801                  */
2802                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2803                                         pageblock_nr_pages)
2804                         continue;
2805
2806                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2807                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2808                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2809
2810                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2811                         if (!page)
2812                                 continue;
2813
2814                         /*
2815                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2816                          * we can counter several free pages in a pageblock
2817                          * in this loop although we changed the pageblock type
2818                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2819                          * adjust the count once.
2820                          */
2821                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2822                                 /*
2823                                  * It should never happen but changes to
2824                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2825                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2826                                  * while unreserving so be safe and watch for
2827                                  * underflows.
2828                                  */
2829                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2830                                                 pageblock_nr_pages,
2831                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2832                         }
2833
2834                         /*
2835                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2836                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2837                          * is doing the work and needs the pages. More
2838                          * importantly, if the block was always converted to
2839                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2840                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2841                          * may increase.
2842                          */
2843                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2844                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2845                                                                         NULL);
2846                         if (ret) {
2847                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2848                                 return ret;
2849                         }
2850                 }
2851                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2852         }
2853
2854         return false;
2855 }
2856
2857 /*
2858  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2859  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2860  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2861  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2862  *
2863  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2864  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2865  * condition simpler.
2866  */
2867 static __always_inline bool
2868 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2869                                                 unsigned int alloc_flags)
2870 {
2871         struct free_area *area;
2872         int current_order;
2873         int min_order = order;
2874         struct page *page;
2875         int fallback_mt;
2876         bool can_steal;
2877
2878         /*
2879          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2880          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2881          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2882          */
2883         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2884                 min_order = pageblock_order;
2885
2886         /*
2887          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2888          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2889          * would be too costly to do exactly.
2890          */
2891         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2892                                 --current_order) {
2893                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2894                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2895                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2896                 if (fallback_mt == -1)
2897                         continue;
2898
2899                 /*
2900                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2901                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2902                  * steal and split the smallest available page instead of the
2903                  * largest available page, because even if the next movable
2904                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2905                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2906                  */
2907                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2908                                         && current_order > order)
2909                         goto find_smallest;
2910
2911                 goto do_steal;
2912         }
2913
2914         return false;
2915
2916 find_smallest:
2917         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2918                                                         current_order++) {
2919                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2920                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2921                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2922                 if (fallback_mt != -1)
2923                         break;
2924         }
2925
2926         /*
2927          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2928          * when looking for the largest page.
2929          */
2930         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2931
2932 do_steal:
2933         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2934
2935         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2936                                                                 can_steal);
2937
2938         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2939                 start_migratetype, fallback_mt);
2940
2941         return true;
2942
2943 }
2944
2945 /*
2946  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2947  * Call me with the zone->lock already held.
2948  */
2949 static __always_inline struct page *
2950 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2951                                                 unsigned int alloc_flags)
2952 {
2953         struct page *page;
2954
2955         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2956                 /*
2957                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2958                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2959                  * is in the CMA area.
2960                  */
2961                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2962                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2963                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2964                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2965                         if (page)
2966                                 goto out;
2967                 }
2968         }
2969 retry:
2970         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2971         if (unlikely(!page)) {
2972                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2973                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2974
2975                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2976                                                                 alloc_flags))
2977                         goto retry;
2978         }
2979 out:
2980         if (page)
2981                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2982         return page;
2983 }
2984
2985 /*
2986  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2987  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2988  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2989  */
2990 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2991                         unsigned long count, struct list_head *list,
2992                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2993 {
2994         int i, allocated = 0;
2995
2996         /*
2997          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
2998          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
2999          */
3000         spin_lock(&zone->lock);
3001         for (i = 0; i < count; ++i) {
3002                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
3003                                                                 alloc_flags);
3004                 if (unlikely(page == NULL))
3005                         break;
3006
3007                 if (unlikely(check_pcp_refill(page, order)))
3008                         continue;
3009
3010                 /*
3011                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
3012                  * physical page order. The page is added to the tail of
3013                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
3014                  * is ordered by page number under some conditions. This is
3015                  * useful for IO devices that can forward direction from the
3016                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
3017                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
3018                  * pages are ordered properly.
3019                  */
3020                 list_add_tail(&page->lru, list);
3021                 allocated++;
3022                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3023                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3024                                               -(1 << order));
3025         }
3026
3027         /*
3028          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3029          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3030          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3031          * pages added to the pcp list.
3032          */
3033         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3034         spin_unlock(&zone->lock);
3035         return allocated;
3036 }
3037
3038 #ifdef CONFIG_NUMA
3039 /*
3040  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3041  * currently executing processor on remote nodes after they have
3042  * expired.
3043  *
3044  * Note that this function must be called with the thread pinned to
3045  * a single processor.
3046  */
3047 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3048 {
3049         unsigned long flags;
3050         int to_drain, batch;
3051
3052         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3053         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3054         to_drain = min(pcp->count, batch);
3055         if (to_drain > 0)
3056                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
3057         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3058 }
3059 #endif
3060
3061 /*
3062  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3063  *
3064  * The processor must either be the current processor and the
3065  * thread pinned to the current processor or a processor that
3066  * is not online.
3067  */
3068 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3069 {
3070         unsigned long flags;
3071         struct per_cpu_pages *pcp;
3072
3073         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3074
3075         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3076         if (pcp->count)
3077                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp, 0);
3078
3079         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3080 }
3081
3082 /*
3083  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3084  *
3085  * The processor must either be the current processor and the
3086  * thread pinned to the current processor or a processor that
3087  * is not online.
3088  */
3089 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3090 {
3091         struct zone *zone;
3092
3093         for_each_populated_zone(zone) {
3094                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3095         }
3096 }
3097
3098 /*
3099  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3100  *
3101  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3102  * the single zone's pages.
3103  */
3104 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3105 {
3106         int cpu = smp_processor_id();
3107
3108         if (zone)
3109                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3110         else
3111                 drain_pages(cpu);
3112 }
3113
3114 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3115 {
3116         struct pcpu_drain *drain;
3117
3118         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3119
3120         /*
3121          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3122          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3123          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3124          * cpu which is alright but we also have to make sure to not move to
3125          * a different one.
3126          */
3127         migrate_disable();
3128         drain_local_pages(drain->zone);
3129         migrate_enable();
3130 }
3131
3132 /*
3133  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3134  * drain on all cpus.
3135  *
3136  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3137  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3138  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3139  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3140  * optimizing racy check.
3141  */
3142 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3143 {
3144         int cpu;
3145
3146         /*
3147          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
3148          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3149          */
3150         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3151
3152         /*
3153          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3154          * initialized.
3155          */
3156         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3157                 return;
3158
3159         /*
3160          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3161          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3162          * the drain to be complete when the call returns.
3163          */
3164         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3165                 if (!zone)
3166                         return;
3167                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3168         }
3169
3170         /*
3171          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3172          * as offline notification will cause the notified
3173          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3174          * disables preemption as part of its processing
3175          */
3176         for_each_online_cpu(cpu) {
3177                 struct per_cpu_pages *pcp;
3178                 struct zone *z;
3179                 bool has_pcps = false;
3180
3181                 if (force_all_cpus) {
3182                         /*
3183                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3184                          * guarantee that no cpu is missed.
3185                          */
3186                         has_pcps = true;
3187                 } else if (zone) {
3188                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3189                         if (pcp->count)
3190                                 has_pcps = true;
3191                 } else {
3192                         for_each_populated_zone(z) {
3193                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3194                                 if (pcp->count) {
3195                                         has_pcps = true;
3196                                         break;
3197                                 }
3198                         }
3199                 }
3200
3201                 if (has_pcps)
3202                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3203                 else
3204                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3205         }
3206
3207         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3208                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3209
3210                 drain->zone = zone;
3211                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3212                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3213         }
3214         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3215                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3216
3217         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3218 }
3219
3220 /*
3221  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3222  *
3223  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3224  *
3225  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3226  */
3227 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3228 {
3229         __drain_all_pages(zone, false);
3230 }
3231
3232 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3233
3234 /*
3235  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3236  */
3237 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3238
3239 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3240 {
3241         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3242         unsigned long flags;
3243         unsigned int order, t;
3244         struct page *page;
3245
3246         if (zone_is_empty(zone))
3247                 return;
3248
3249         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3250
3251         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3252         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3253                 if (pfn_valid(pfn)) {
3254                         page = pfn_to_page(pfn);
3255
3256                         if (!--page_count) {
3257                                 touch_nmi_watchdog();
3258                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3259                         }
3260
3261                         if (page_zone(page) != zone)
3262                                 continue;
3263
3264                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3265                                 swsusp_unset_page_free(page);
3266                 }
3267
3268         for_each_migratetype_order(order, t) {
3269                 list_for_each_entry(page,
3270                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3271                         unsigned long i;
3272
3273                         pfn = page_to_pfn(page);
3274                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3275                                 if (!--page_count) {
3276                                         touch_nmi_watchdog();
3277                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3278                                 }
3279                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3280                         }
3281                 }
3282         }
3283         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3284 }
3285 #endif /* CONFIG_PM */
3286
3287 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3288                                                         unsigned int order)
3289 {
3290         int migratetype;
3291
3292         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3293                 return false;
3294
3295         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3296         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3297         return true;
3298 }
3299
3300 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch,
3301                        bool free_high)
3302 {
3303         int min_nr_free, max_nr_free;
3304
3305         /* Free everything if batch freeing high-order pages. */
3306         if (unlikely(free_high))
3307                 return pcp->count;
3308
3309         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3310         if (unlikely(high < batch))
3311                 return 1;
3312
3313         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3314         min_nr_free = batch;
3315         max_nr_free = high - batch;
3316
3317         /*
3318          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3319          * freeing of pages without any allocation.
3320          */
3321         batch <<= pcp->free_factor;
3322         if (batch < max_nr_free)
3323                 pcp->free_factor++;
3324         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3325
3326         return batch;
3327 }
3328
3329 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
3330                        bool free_high)
3331 {
3332         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3333
3334         if (unlikely(!high || free_high))
3335                 return 0;
3336
3337         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3338                 return high;
3339
3340         /*
3341          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3342          * stored on pcp lists
3343          */
3344         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3345 }
3346
3347 static void free_unref_page_commit(struct page *page, int migratetype,
3348                                    unsigned int order)
3349 {
3350         struct zone *zone = page_zone(page);
3351         struct per_cpu_pages *pcp;
3352         int high;
3353         int pindex;
3354         bool free_high;
3355
3356         __count_vm_event(PGFREE);
3357         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3358         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3359         list_add(&page->lru, &pcp->lists[pindex]);
3360         pcp->count += 1 << order;
3361
3362         /*
3363          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
3364          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
3365          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
3366          * stops will be drained from vmstat refresh context.
3367          */
3368         free_high = (pcp->free_factor && order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
3369
3370         high = nr_pcp_high(pcp, zone, free_high);
3371         if (pcp->count >= high) {
3372                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3373
3374                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch, free_high), pcp, pindex);
3375         }
3376 }
3377
3378 /*
3379  * Free a pcp page
3380  */
3381 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3382 {
3383         unsigned long flags;
3384         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3385         int migratetype;
3386
3387         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3388                 return;
3389
3390         /*
3391          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3392          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3393          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3394          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3395          * excessively into the page allocator
3396          */
3397         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3398         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3399                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3400                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3401                         return;
3402                 }
3403                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3404         }
3405
3406         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3407         free_unref_page_commit(page, migratetype, order);
3408         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3409 }
3410
3411 /*
3412  * Free a list of 0-order pages
3413  */
3414 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3415 {
3416         struct page *page, *next;
3417         unsigned long flags;
3418         int batch_count = 0;
3419         int migratetype;
3420
3421         /* Prepare pages for freeing */
3422         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3423                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3424                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
3425                         list_del(&page->lru);
3426                         continue;
3427                 }
3428
3429                 /*
3430                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3431                  * comment in free_unref_page.
3432                  */
3433                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3434                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3435                         list_del(&page->lru);
3436                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
3437                         continue;
3438                 }
3439         }
3440
3441         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3442         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3443                 /*
3444                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3445                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3446                  */
3447                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3448                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
3449                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3450
3451                 trace_mm_page_free_batched(page);
3452                 free_unref_page_commit(page, migratetype, 0);
3453
3454                 /*
3455                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3456                  * a large list of pages to free.
3457                  */
3458                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3459                         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3460                         batch_count = 0;
3461                         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3462                 }
3463         }
3464         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3465 }
3466
3467 /*
3468  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3469  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3470  * Each sub-page must be freed individually.
3471  *
3472  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3473  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3474  */
3475 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3476 {
3477         int i;
3478
3479         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3480         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3481
3482         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3483                 set_page_refcounted(page + i);
3484         split_page_owner(page, 1 << order);
3485         split_page_memcg(page, 1 << order);
3486 }
3487 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3488
3489 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3490 {
3491         unsigned long watermark;
3492         struct zone *zone;
3493         int mt;
3494
3495         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3496
3497         zone = page_zone(page);
3498         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3499
3500         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3501                 /*
3502                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3503                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3504                  * watermark, because we already know our high-order page
3505                  * exists.
3506                  */
3507                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3508                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3509                         return 0;
3510
3511                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3512         }
3513
3514         /* Remove page from free list */
3515
3516         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3517
3518         /*
3519          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3520          * pageblock
3521          */
3522         if (order >= pageblock_order - 1) {
3523                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3524                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3525                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3526                         /*
3527                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
3528                          * with others)
3529                          */
3530                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
3531                                 set_pageblock_migratetype(page,
3532                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3533                 }
3534         }
3535
3536
3537         return 1UL << order;
3538 }
3539
3540 /**
3541  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3542  * @page: Page that was isolated
3543  * @order: Order of the isolated page
3544  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3545  *
3546  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3547  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3548  */
3549 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3550 {
3551         struct zone *zone = page_zone(page);
3552
3553         /* zone lock should be held when this function is called */
3554         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3555
3556         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3557         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3558                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3559 }
3560
3561 /*
3562  * Update NUMA hit/miss statistics
3563  *
3564  * Must be called with interrupts disabled.
3565  */
3566 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3567                                    long nr_account)
3568 {
3569 #ifdef CONFIG_NUMA
3570         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3571
3572         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3573         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3574                 return;
3575
3576         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3577                 local_stat = NUMA_OTHER;
3578
3579         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3580                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3581         else {
3582                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3583                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3584         }
3585         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3586 #endif
3587 }
3588
3589 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3590 static inline
3591 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3592                         int migratetype,
3593                         unsigned int alloc_flags,
3594                         struct per_cpu_pages *pcp,
3595                         struct list_head *list)
3596 {
3597         struct page *page;
3598
3599         do {
3600                 if (list_empty(list)) {
3601                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3602                         int alloced;
3603
3604                         /*
3605                          * Scale batch relative to order if batch implies
3606                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3607                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3608                          * should never store free pages as the pages may
3609                          * belong to arbitrary zones.
3610                          */
3611                         if (batch > 1)
3612                                 batch = max(batch >> order, 2);
3613                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3614                                         batch, list,
3615                                         migratetype, alloc_flags);
3616
3617                         pcp->count += alloced << order;
3618                         if (unlikely(list_empty(list)))
3619                                 return NULL;
3620                 }
3621
3622                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3623                 list_del(&page->lru);
3624                 pcp->count -= 1 << order;
3625         } while (check_new_pcp(page, order));
3626
3627         return page;
3628 }
3629
3630 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3631 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3632                         struct zone *zone, unsigned int order,
3633                         gfp_t gfp_flags, int migratetype,
3634                         unsigned int alloc_flags)
3635 {
3636         struct per_cpu_pages *pcp;
3637         struct list_head *list;
3638         struct page *page;
3639         unsigned long flags;
3640
3641         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3642
3643         /*
3644          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3645          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3646          * frees.
3647          */
3648         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3649         pcp->free_factor >>= 1;
3650         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3651         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3652         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3653         if (page) {
3654                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3655                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3656         }
3657         return page;
3658 }
3659
3660 /*
3661  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3662  */
3663 static inline
3664 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3665                         struct zone *zone, unsigned int order,
3666                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3667                         int migratetype)
3668 {
3669         unsigned long flags;
3670         struct page *page;
3671
3672         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3673                 /*
3674                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3675                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3676                  */
3677                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3678                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3679                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3680                                         gfp_flags, migratetype, alloc_flags);
3681                         goto out;
3682                 }
3683         }
3684
3685         /*
3686          * We most definitely don't want callers attempting to
3687          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3688          */
3689         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3690
3691         do {
3692                 page = NULL;
3693                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3694                 /*
3695                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3696                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3697                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3698                  * request should skip it.
3699                  */
3700                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3701                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3702                         if (page)
3703                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3704                 }
3705                 if (!page) {
3706                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3707                         if (!page)
3708                                 goto failed;
3709                 }
3710                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3711                                           get_pcppage_migratetype(page));
3712                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3713         } while (check_new_pages(page, order));
3714
3715         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3716         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3717
3718 out:
3719         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3720         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3721                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3722                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3723         }
3724
3725         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3726         return page;
3727
3728 failed:
3729         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3730         return NULL;
3731 }
3732
3733 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3734
3735 static struct {
3736         struct fault_attr attr;
3737
3738         bool ignore_gfp_highmem;
3739         bool ignore_gfp_reclaim;
3740         u32 min_order;
3741 } fail_page_alloc = {
3742         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3743         .ignore_gfp_reclaim = true,
3744         .ignore_gfp_highmem = true,
3745         .min_order = 1,
3746 };
3747
3748 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3749 {
3750         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3751 }
3752 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3753
3754 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3755 {
3756         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3757                 return false;
3758         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3759                 return false;
3760         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3761                 return false;
3762         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3763                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3764                 return false;
3765
3766         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3767 }
3768
3769 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3770
3771 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3772 {
3773         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3774         struct dentry *dir;
3775
3776         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3777                                         &fail_page_alloc.attr);
3778
3779         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3780                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3781         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3782                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3783         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3784
3785         return 0;
3786 }
3787
3788 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3789
3790 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3791
3792 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3793
3794 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3795 {
3796         return false;
3797 }
3798
3799 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3800
3801 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3802 {
3803         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3804 }
3805 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3806
3807 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3808                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3809 {
3810         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3811         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3812
3813         /*
3814          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3815          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3816          * atomic reserve but it avoids a search.
3817          */
3818         if (likely(!alloc_harder))
3819                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3820
3821 #ifdef CONFIG_CMA
3822         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3823         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3824                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3825 #endif
3826
3827         return unusable_free;
3828 }
3829
3830 /*
3831  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3832  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3833  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3834  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3835  */
3836 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3837                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3838                          long free_pages)
3839 {
3840         long min = mark;
3841         int o;
3842         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3843
3844         /* free_pages may go negative - that's OK */
3845         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3846
3847         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3848                 min -= min / 2;
3849
3850         if (unlikely(alloc_harder)) {
3851                 /*
3852                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3853                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3854                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3855                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3856                  */
3857                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3858                         min -= min / 2;
3859                 else
3860                         min -= min / 4;
3861         }
3862
3863         /*
3864          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3865          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3866          * even if a suitable page happened to be free.
3867          */
3868         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3869                 return false;
3870
3871         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3872         if (!order)
3873                 return true;
3874
3875         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3876         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3877                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3878                 int mt;
3879
3880                 if (!area->nr_free)
3881                         continue;
3882
3883                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3884                         if (!free_area_empty(area, mt))
3885                                 return true;
3886                 }
3887
3888 #ifdef CONFIG_CMA
3889                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3890                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3891                         return true;
3892                 }
3893 #endif
3894                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3895                         return true;
3896         }
3897         return false;
3898 }
3899
3900 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3901                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3902 {
3903         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3904                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3905 }
3906
3907 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3908                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3909                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3910 {
3911         long free_pages;
3912
3913         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3914
3915         /*
3916          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3917          * need to be calculated.
3918          */
3919         if (!order) {
3920                 long fast_free;
3921
3922                 fast_free = free_pages;
3923                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3924                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3925                         return true;
3926         }
3927
3928         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3929                                         free_pages))
3930                 return true;
3931         /*
3932          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3933          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3934          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3935          * when below the low watermark.
3936          */
3937         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3938                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3939                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3940                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3941                                         alloc_flags, free_pages);
3942         }
3943
3944         return false;
3945 }
3946
3947 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3948                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3949 {
3950         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3951
3952         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3953                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3954
3955         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3956                                                                 free_pages);
3957 }
3958
3959 #ifdef CONFIG_NUMA
3960 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
3961
3962 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3963 {
3964         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3965                                 node_reclaim_distance;
3966 }
3967 #else   /* CONFIG_NUMA */
3968 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3969 {
3970         return true;
3971 }
3972 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3973
3974 /*
3975  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3976  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3977  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3978  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3979  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3980  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3981  */
3982 static inline unsigned int
3983 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3984 {
3985         unsigned int alloc_flags;
3986
3987         /*
3988          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3989          * to save a branch.
3990          */
3991         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3992
3993 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3994         if (!zone)
3995                 return alloc_flags;
3996
3997         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3998                 return alloc_flags;
3999
4000         /*
4001          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
4002          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
4003          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
4004          */
4005         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
4006         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
4007                 return alloc_flags;
4008
4009         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
4010 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
4011         return alloc_flags;
4012 }
4013
4014 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
4015 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
4016                                                   unsigned int alloc_flags)
4017 {
4018 #ifdef CONFIG_CMA
4019         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4020                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4021 #endif
4022         return alloc_flags;
4023 }
4024
4025 /*
4026  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4027  * a page.
4028  */
4029 static struct page *
4030 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4031                                                 const struct alloc_context *ac)
4032 {
4033         struct zoneref *z;
4034         struct zone *zone;
4035         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
4036         bool no_fallback;
4037
4038 retry:
4039         /*
4040          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4041          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
4042          */
4043         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4044         z = ac->preferred_zoneref;
4045         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4046                                         ac->nodemask) {
4047                 struct page *page;
4048                 unsigned long mark;
4049
4050                 if (cpusets_enabled() &&
4051                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4052                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4053                                 continue;
4054                 /*
4055                  * When allocating a page cache page for writing, we
4056                  * want to get it from a node that is within its dirty
4057                  * limit, such that no single node holds more than its
4058                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4059                  * The dirty limits take into account the node's
4060                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4061                  * should be able to balance it without having to
4062                  * write pages from its LRU list.
4063                  *
4064                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4065                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4066                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4067                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4068                  * nodes are together not big enough to reach the
4069                  * global limit.  The proper fix for these situations
4070                  * will require awareness of nodes in the
4071                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4072                  */
4073                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4074                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
4075                                 continue;
4076
4077                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
4078                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
4079                                 continue;
4080                         }
4081                 }
4082
4083                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4084                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4085                         int local_nid;
4086
4087                         /*
4088                          * If moving to a remote node, retry but allow
4089                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4090                          * than fragmentation avoidance.
4091                          */
4092                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4093                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4094                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4095                                 goto retry;
4096                         }
4097                 }
4098
4099                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4100                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4101                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4102                                        gfp_mask)) {
4103                         int ret;
4104
4105 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4106                         /*
4107                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4108                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4109                          */
4110                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4111                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4112                                         goto try_this_zone;
4113                         }
4114 #endif
4115                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4116                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4117                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4118                                 goto try_this_zone;
4119
4120                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4121                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4122                                 continue;
4123
4124                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4125                         switch (ret) {
4126                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4127                                 /* did not scan */
4128                                 continue;
4129                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4130                                 /* scanned but unreclaimable */
4131                                 continue;
4132                         default:
4133                                 /* did we reclaim enough */
4134                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4135                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4136                                         goto try_this_zone;
4137
4138                                 continue;
4139                         }
4140                 }
4141
4142 try_this_zone:
4143                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4144                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4145                 if (page) {
4146                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4147
4148                         /*
4149                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4150                          * if the pageblock should be reserved for the future
4151                          */
4152                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4153                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4154
4155                         return page;
4156                 } else {
4157 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4158                         /* Try again if zone has deferred pages */
4159                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4160                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4161                                         goto try_this_zone;
4162                         }
4163 #endif
4164                 }
4165         }
4166
4167         /*
4168          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4169          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4170          */
4171         if (no_fallback) {
4172                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4173                 goto retry;
4174         }
4175
4176         return NULL;
4177 }
4178
4179 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4180 {
4181         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4182
4183         /*
4184          * This documents exceptions given to allocations in certain
4185          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4186          * of allowed nodes.
4187          */
4188         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4189                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4190                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4191                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4192         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4193                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4194
4195         show_mem(filter, nodemask);
4196 }
4197
4198 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4199 {
4200         struct va_format vaf;
4201         va_list args;
4202         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4203
4204         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
4205              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
4206              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
4207                 return;
4208
4209         va_start(args, fmt);
4210         vaf.fmt = fmt;
4211         vaf.va = &args;
4212         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4213                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4214                         nodemask_pr_args(nodemask));
4215         va_end(args);
4216
4217         cpuset_print_current_mems_allowed();
4218         pr_cont("\n");
4219         dump_stack();
4220         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4221 }
4222
4223 static inline struct page *
4224 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4225                               unsigned int alloc_flags,
4226                               const struct alloc_context *ac)
4227 {
4228         struct page *page;
4229
4230         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4231                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4232         /*
4233          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4234          * are depleted
4235          */
4236         if (!page)
4237                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4238                                 alloc_flags, ac);
4239
4240         return page;
4241 }
4242
4243 static inline struct page *
4244 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4245         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4246 {
4247         struct oom_control oc = {
4248                 .zonelist = ac->zonelist,
4249                 .nodemask = ac->nodemask,
4250                 .memcg = NULL,
4251                 .gfp_mask = gfp_mask,
4252                 .order = order,
4253         };
4254         struct page *page;
4255
4256         *did_some_progress = 0;
4257
4258         /*
4259          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4260          * making progress for us.
4261          */
4262         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4263                 *did_some_progress = 1;
4264                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4265                 return NULL;
4266         }
4267
4268         /*
4269          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4270          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4271          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4272          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4273          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4274          */
4275         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4276                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4277                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4278         if (page)
4279                 goto out;
4280
4281         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4282         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4283                 goto out;
4284         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4285         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4286                 goto out;
4287         /*
4288          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4289          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4290          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4291          * fallback than shooting a random task.
4292          *
4293          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4294          */
4295         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4296                 goto out;
4297         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4298         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4299                 goto out;
4300         if (pm_suspended_storage())
4301                 goto out;
4302         /*
4303          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4304          * other request to make a forward progress.
4305          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4306          * do much for this context but let's try it to at least get
4307          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4308          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4309          * failures more gracefully we should just bail out here.
4310          */
4311
4312         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4313         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4314                 *did_some_progress = 1;
4315
4316                 /*
4317                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4318                  * reserves
4319                  */
4320                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4321                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4322                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4323         }
4324 out:
4325         mutex_unlock(&oom_lock);
4326         return page;
4327 }
4328
4329 /*
4330  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4331  * killer is consider as the only way to move forward.
4332  */
4333 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4334
4335 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4336 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4337 static struct page *
4338 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4339                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4340                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4341 {
4342         struct page *page = NULL;
4343         unsigned long pflags;
4344         unsigned int noreclaim_flag;
4345
4346         if (!order)
4347                 return NULL;
4348
4349         psi_memstall_enter(&pflags);
4350         delayacct_compact_start();
4351         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4352
4353         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4354                                                                 prio, &page);
4355
4356         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4357         psi_memstall_leave(&pflags);
4358         delayacct_compact_end();
4359
4360         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4361                 return NULL;
4362         /*
4363          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4364          * count a compaction stall
4365          */
4366         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4367
4368         /* Prep a captured page if available */
4369         if (page)
4370                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4371
4372         /* Try get a page from the freelist if available */
4373         if (!page)
4374                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4375
4376         if (page) {
4377                 struct zone *zone = page_zone(page);
4378
4379                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4380                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4381                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4382                 return page;
4383         }
4384
4385         /*
4386          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4387          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4388          */
4389         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4390
4391         cond_resched();
4392
4393         return NULL;
4394 }
4395
4396 static inline bool
4397 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4398                      enum compact_result compact_result,
4399                      enum compact_priority *compact_priority,
4400                      int *compaction_retries)
4401 {
4402         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4403         int min_priority;
4404         bool ret = false;
4405         int retries = *compaction_retries;
4406         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4407
4408         if (!order)
4409                 return false;
4410
4411         if (fatal_signal_pending(current))
4412                 return false;
4413
4414         if (compaction_made_progress(compact_result))
4415                 (*compaction_retries)++;
4416
4417         /*
4418          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4419          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4420          * failure could be caused by insufficient priority
4421          */
4422         if (compaction_failed(compact_result))
4423                 goto check_priority;
4424
4425         /*
4426          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4427          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4428          */
4429         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4430                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4431                 goto out;
4432         }
4433
4434         /*
4435          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4436          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4437          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4438          * we don't just keep bailing out endlessly.
4439          */
4440         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4441                 goto check_priority;
4442         }
4443
4444         /*
4445          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4446          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4447          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4448          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4449          * would need much more detailed feedback from compaction to
4450          * make a better decision.
4451          */
4452         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4453                 max_retries /= 4;
4454         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4455                 ret = true;
4456                 goto out;
4457         }
4458
4459         /*
4460          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4461          * all retries or failed at the lower priorities.
4462          */
4463 check_priority:
4464         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4465                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4466
4467         if (*compact_priority > min_priority) {
4468                 (*compact_priority)--;
4469                 *compaction_retries = 0;
4470                 ret = true;
4471         }
4472 out:
4473         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4474         return ret;
4475 }
4476 #else
4477 static inline struct page *
4478 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4479                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4480                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4481 {
4482         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4483         return NULL;
4484 }
4485
4486 static inline bool
4487 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4488                      enum compact_result compact_result,
4489                      enum compact_priority *compact_priority,
4490                      int *compaction_retries)
4491 {
4492         struct zone *zone;
4493         struct zoneref *z;
4494
4495         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4496                 return false;
4497
4498         /*
4499          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4500          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4501          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4502          * watermarks are OK.
4503          */
4504         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4505                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4506                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4507                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4508                         return true;
4509         }
4510         return false;
4511 }
4512 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4513
4514 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4515 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4516         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4517
4518 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4519 {
4520         /* no reclaim without waiting on it */
4521         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4522                 return false;
4523
4524         /* this guy won't enter reclaim */
4525         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4526                 return false;
4527
4528         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4529                 return false;
4530
4531         return true;
4532 }
4533
4534 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
4535 {
4536         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
4537 }
4538
4539 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
4540 {
4541         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
4542 }
4543
4544 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4545 {
4546         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4547
4548         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4549                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4550                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
4551
4552 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4553                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4554                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4555 #endif
4556
4557         }
4558 }
4559 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4560
4561 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4562 {
4563         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4564
4565         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4566                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4567                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
4568         }
4569 }
4570 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4571 #endif
4572
4573 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4574 static unsigned long
4575 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4576                                         const struct alloc_context *ac)
4577 {
4578         unsigned int noreclaim_flag;
4579         unsigned long progress;
4580
4581         cond_resched();
4582
4583         /* We now go into synchronous reclaim */
4584         cpuset_memory_pressure_bump();
4585         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4586         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4587
4588         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4589                                                                 ac->nodemask);
4590
4591         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4592         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4593
4594         cond_resched();
4595
4596         return progress;
4597 }
4598
4599 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4600 static inline struct page *
4601 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4602                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4603                 unsigned long *did_some_progress)
4604 {
4605         struct page *page = NULL;
4606         unsigned long pflags;
4607         bool drained = false;
4608
4609         psi_memstall_enter(&pflags);
4610         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4611         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4612                 goto out;
4613
4614 retry:
4615         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4616
4617         /*
4618          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4619          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4620          * Shrink them and try again
4621          */
4622         if (!page && !drained) {
4623                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4624                 drain_all_pages(NULL);
4625                 drained = true;
4626                 goto retry;
4627         }
4628 out:
4629         psi_memstall_leave(&pflags);
4630
4631         return page;
4632 }
4633
4634 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4635                              const struct alloc_context *ac)
4636 {
4637         struct zoneref *z;
4638         struct zone *zone;
4639         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4640         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4641
4642         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4643                                         ac->nodemask) {
4644                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4645                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4646                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4647         }
4648 }
4649
4650 static inline unsigned int
4651 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4652 {
4653         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4654
4655         /*
4656          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4657          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4658          * to save two branches.
4659          */
4660         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4661         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4662
4663         /*
4664          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4665          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4666          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4667          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4668          */
4669         alloc_flags |= (__force int)
4670                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4671
4672         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4673                 /*
4674                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4675                  * if it can't schedule.
4676                  */
4677                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4678                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4679                 /*
4680                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4681                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4682                  */
4683                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4684         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
4685                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4686
4687         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4688
4689         return alloc_flags;
4690 }
4691
4692 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4693 {
4694         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4695                 return false;
4696
4697         /*
4698          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4699          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4700          */
4701         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4702                 return false;
4703
4704         return true;
4705 }
4706
4707 /*
4708  * Distinguish requests which really need access to full memory
4709  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4710  */
4711 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4712 {
4713         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4714                 return 0;
4715         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4716                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4717         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4718                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4719         if (!in_interrupt()) {
4720                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4721                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4722                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4723                         return ALLOC_OOM;
4724         }
4725
4726         return 0;
4727 }
4728
4729 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4730 {
4731         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4732 }
4733
4734 /*
4735  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4736  * for the given allocation request.
4737  *
4738  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4739  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4740  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4741  *
4742  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4743  */
4744 static inline bool
4745 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4746                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4747                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4748 {
4749         struct zone *zone;
4750         struct zoneref *z;
4751         bool ret = false;
4752
4753         /*
4754          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4755          * their order will become available due to high fragmentation so
4756          * always increment the no progress counter for them
4757          */
4758         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4759                 *no_progress_loops = 0;
4760         else
4761                 (*no_progress_loops)++;
4762
4763         /*
4764          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4765          * several times in the row.
4766          */
4767         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4768                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4769                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4770         }
4771
4772         /*
4773          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4774          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4775          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4776          * screwed and have to go OOM.
4777          */
4778         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4779                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4780                 unsigned long available;
4781                 unsigned long reclaimable;
4782                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4783                 bool wmark;
4784
4785                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4786                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4787
4788                 /*
4789                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4790                  * reclaimable pages?
4791                  */
4792                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4793                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4794                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4795                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4796                 if (wmark) {
4797                         ret = true;
4798                         break;
4799                 }
4800         }
4801
4802         /*
4803          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4804          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4805          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4806          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4807          * here rather than calling cond_resched().
4808          */
4809         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4810                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4811         else
4812                 cond_resched();
4813         return ret;
4814 }
4815
4816 static inline bool
4817 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4818 {
4819         /*
4820          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4821          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4822          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4823          * such a way the check therein was true, and then it became false
4824          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4825          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4826          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4827          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4828          * caller can deal with a violated nodemask.
4829          */
4830         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4831                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4832                 ac->nodemask = NULL;
4833                 return true;
4834         }
4835
4836         /*
4837          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4838          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4839          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4840          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4841          * retry.
4842          */
4843         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4844                 return true;
4845
4846         return false;
4847 }
4848
4849 static inline struct page *
4850 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4851                                                 struct alloc_context *ac)
4852 {
4853         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4854         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4855         struct page *page = NULL;
4856         unsigned int alloc_flags;
4857         unsigned long did_some_progress;
4858         enum compact_priority compact_priority;
4859         enum compact_result compact_result;
4860         int compaction_retries;
4861         int no_progress_loops;
4862         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4863         int reserve_flags;
4864
4865         /*
4866          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4867          * callers that are not in atomic context.
4868          */
4869         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4870                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4871                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4872
4873 retry_cpuset:
4874         compaction_retries = 0;
4875         no_progress_loops = 0;
4876         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4877         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4878
4879         /*
4880          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4881          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4882          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4883          */
4884         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4885
4886         /*
4887          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4888          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4889          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4890          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4891          */
4892         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4893                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4894         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4895                 goto nopage;
4896
4897         /*
4898          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
4899          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
4900          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
4901          */
4902         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
4903                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4904                                         ac->highest_zoneidx,
4905                                         &cpuset_current_mems_allowed);
4906                 if (!z->zone)
4907                         goto nopage;
4908         }
4909
4910         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4911                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4912
4913         /*
4914          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4915          * that first
4916          */
4917         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4918         if (page)
4919                 goto got_pg;
4920
4921         /*
4922          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4923          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4924          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4925          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4926          * same migratetype.
4927          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4928          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4929          */
4930         if (can_direct_reclaim &&
4931                         (costly_order ||
4932                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4933                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4934                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4935                                                 alloc_flags, ac,
4936                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4937                                                 &compact_result);
4938                 if (page)
4939                         goto got_pg;
4940
4941                 /*
4942                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4943                  * includes some THP page fault allocations
4944                  */
4945                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4946                         /*
4947                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4948                          * failed because all zones are below low watermarks
4949                          * or is prohibited because it recently failed at this
4950                          * order, fail immediately unless the allocator has
4951                          * requested compaction and reclaim retry.
4952                          *
4953                          * Reclaim is
4954                          *  - potentially very expensive because zones are far
4955                          *    below their low watermarks or this is part of very
4956                          *    bursty high order allocations,
4957                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4958                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4959                          *    linear scan, and
4960                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4961                          *    own.
4962                          */
4963                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4964                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4965                                 goto nopage;
4966
4967                         /*
4968                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4969                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4970                          * using async compaction.
4971                          */
4972                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4973                 }
4974         }
4975
4976 retry:
4977         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4978         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4979                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4980
4981         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4982         if (reserve_flags)
4983                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
4984
4985         /*
4986          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4987          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4988          * user oriented.
4989          */
4990         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4991                 ac->nodemask = NULL;
4992                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4993                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4994         }
4995
4996         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4997         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4998         if (page)
4999                 goto got_pg;
5000
5001         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
5002         if (!can_direct_reclaim)
5003                 goto nopage;
5004
5005         /* Avoid recursion of direct reclaim */
5006         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
5007                 goto nopage;
5008
5009         /* Try direct reclaim and then allocating */
5010         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5011                                                         &did_some_progress);
5012         if (page)
5013                 goto got_pg;
5014
5015         /* Try direct compaction and then allocating */
5016         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5017                                         compact_priority, &compact_result);
5018         if (page)
5019                 goto got_pg;
5020
5021         /* Do not loop if specifically requested */
5022         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5023                 goto nopage;
5024
5025         /*
5026          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5027          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5028          */
5029         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5030                 goto nopage;
5031
5032         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5033                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5034                 goto retry;
5035
5036         /*
5037          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5038          * reclaim is not able to make any progress because the current
5039          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5040          * of free memory (see __compaction_suitable)
5041          */
5042         if (did_some_progress > 0 &&
5043                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5044                                 compact_result, &compact_priority,
5045                                 &compaction_retries))
5046                 goto retry;
5047
5048
5049         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
5050         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5051                 goto retry_cpuset;
5052
5053         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5054         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5055         if (page)
5056                 goto got_pg;
5057
5058         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5059         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5060             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5061              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5062                 goto nopage;
5063
5064         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5065         if (did_some_progress) {
5066                 no_progress_loops = 0;
5067                 goto retry;
5068         }
5069
5070 nopage:
5071         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
5072         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5073                 goto retry_cpuset;
5074
5075         /*
5076          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5077          * we always retry
5078          */
5079         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5080                 /*
5081                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5082                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5083                  */
5084                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
5085                         goto fail;
5086
5087                 /*
5088                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5089                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5090                  * for somebody to do a work for us
5091                  */
5092                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
5093
5094                 /*
5095                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5096                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5097                  * so that we can identify them and convert them to something
5098                  * else.
5099                  */
5100                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
5101
5102                 /*
5103                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5104                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5105                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5106                  * the situation worse
5107                  */
5108                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5109                 if (page)
5110                         goto got_pg;
5111
5112                 cond_resched();
5113                 goto retry;
5114         }
5115 fail:
5116         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5117                         "page allocation failure: order:%u", order);
5118 got_pg:
5119         return page;
5120 }
5121
5122 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5123                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5124                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5125                 unsigned int *alloc_flags)
5126 {
5127         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5128         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5129         ac->nodemask = nodemask;
5130         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5131
5132         if (cpusets_enabled()) {
5133                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5134                 /*
5135                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5136                  * to the current task context. It means that any node ok.
5137                  */
5138                 if (in_task() && !ac->nodemask)
5139                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5140                 else
5141                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5142         }
5143
5144         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
5145         fs_reclaim_release(gfp_mask);
5146
5147         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
5148
5149         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5150                 return false;
5151
5152         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5153
5154         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5155         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5156
5157         /*
5158          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5159          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5160          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5161          */
5162         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5163                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5164
5165         return true;
5166 }
5167
5168 /*
5169  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5170  * @gfp: GFP flags for the allocation
5171  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5172  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5173  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5174  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5175  * @page_array: Optional array to store the pages
5176  *
5177  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5178  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5179  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5180  *
5181  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5182  *
5183  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5184  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5185  *
5186  * Returns the number of pages on the list or array.
5187  */
5188 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5189                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5190                         struct list_head *page_list,
5191                         struct page **page_array)
5192 {
5193         struct page *page;
5194         unsigned long flags;
5195         struct zone *zone;
5196         struct zoneref *z;
5197         struct per_cpu_pages *pcp;
5198         struct list_head *pcp_list;
5199         struct alloc_context ac;
5200         gfp_t alloc_gfp;
5201         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5202         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5203
5204         /*
5205          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5206          * to be allocated before disabling IRQs.
5207          */
5208         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5209                 nr_populated++;
5210
5211         /* No pages requested? */
5212         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5213                 goto out;
5214
5215         /* Already populated array? */
5216         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5217                 goto out;
5218
5219         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
5220         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
5221                 goto failed;
5222
5223         /* Use the single page allocator for one page. */
5224         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5225                 goto failed;
5226
5227 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
5228         /*
5229          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
5230          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
5231          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
5232          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
5233          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
5234          */
5235         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
5236                 goto failed;
5237 #endif
5238
5239         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5240         gfp &= gfp_allowed_mask;
5241         alloc_gfp = gfp;
5242         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5243                 goto out;
5244         gfp = alloc_gfp;
5245
5246         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5247         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5248                 unsigned long mark;
5249
5250                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5251                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5252                         continue;
5253                 }
5254
5255                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5256                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5257                         goto failed;
5258                 }
5259
5260                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5261                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5262                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5263                                 alloc_flags, gfp)) {
5264                         break;
5265                 }
5266         }
5267
5268         /*
5269          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5270          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5271          */
5272         if (unlikely(!zone))
5273                 goto failed;
5274
5275         /* Attempt the batch allocation */
5276         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
5277         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
5278         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5279
5280         while (nr_populated < nr_pages) {
5281
5282                 /* Skip existing pages */
5283                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5284                         nr_populated++;
5285                         continue;
5286                 }
5287
5288                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5289                                                                 pcp, pcp_list);
5290                 if (unlikely(!page)) {
5291                         /* Try and get at least one page */
5292                         if (!nr_populated)
5293                                 goto failed_irq;
5294                         break;
5295                 }
5296                 nr_account++;
5297
5298                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5299                 if (page_list)
5300                         list_add(&page->lru, page_list);
5301                 else
5302                         page_array[nr_populated] = page;
5303                 nr_populated++;
5304         }
5305
5306         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5307
5308         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5309         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5310
5311 out:
5312         return nr_populated;
5313
5314 failed_irq:
5315         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5316
5317 failed:
5318         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5319         if (page) {
5320                 if (page_list)
5321                         list_add(&page->lru, page_list);
5322                 else
5323                         page_array[nr_populated] = page;
5324                 nr_populated++;
5325         }
5326
5327         goto out;
5328 }
5329 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5330
5331 /*
5332  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5333  */
5334 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5335                                                         nodemask_t *nodemask)
5336 {
5337         struct page *page;
5338         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5339         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5340         struct alloc_context ac = { };
5341
5342         /*
5343          * There are several places where we assume that the order value is sane
5344          * so bail out early if the request is out of bound.
5345          */
5346         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
5347                 WARN_ON_ONCE(!(gfp & __GFP_NOWARN));
5348                 return NULL;
5349         }
5350
5351         gfp &= gfp_allowed_mask;
5352         /*
5353          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5354          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5355          * from a particular context which has been marked by
5356          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5357          * movable zones are not used during allocation.
5358          */
5359         gfp = current_gfp_context(gfp);
5360         alloc_gfp = gfp;
5361         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5362                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5363                 return NULL;
5364
5365         /*
5366          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5367          * memory until all local zones are considered.
5368          */
5369         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5370
5371         /* First allocation attempt */
5372         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5373         if (likely(page))
5374                 goto out;
5375
5376         alloc_gfp = gfp;
5377         ac.spread_dirty_pages = false;
5378
5379         /*
5380          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5381          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5382          */
5383         ac.nodemask = nodemask;
5384
5385         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5386
5387 out:
5388         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5389             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5390                 __free_pages(page, order);
5391                 page = NULL;
5392         }
5393
5394         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5395
5396         return page;
5397 }
5398 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5399
5400 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5401                 nodemask_t *nodemask)
5402 {
5403         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
5404                         preferred_nid, nodemask);
5405
5406         if (page && order > 1)
5407                 prep_transhuge_page(page);
5408         return (struct folio *)page;
5409 }
5410 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
5411
5412 /*
5413  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5414  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5415  * you need to access high mem.
5416  */
5417 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5418 {
5419         struct page *page;
5420
5421         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5422         if (!page)
5423                 return 0;
5424         return (unsigned long) page_address(page);
5425 }
5426 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5427
5428 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5429 {
5430         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5431 }
5432 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5433
5434 /**
5435  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5436  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5437  * @order: The order of the allocation.
5438  *
5439  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5440  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5441  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5442  * than was allocated will probably emit a warning.
5443  *
5444  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5445  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5446  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5447  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5448  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5449  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5450  *
5451  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5452  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5453  */
5454 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5455 {
5456         if (put_page_testzero(page))
5457                 free_the_page(page, order);
5458         else if (!PageHead(page))
5459                 while (order-- > 0)
5460                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5461 }
5462 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5463
5464 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5465 {
5466         if (addr != 0) {
5467                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5468                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5469         }
5470 }
5471
5472 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5473
5474 /*
5475  * Page Fragment:
5476  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5477  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5478  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5479  *
5480  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5481  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5482  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5483  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5484  */
5485 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5486                                              gfp_t gfp_mask)
5487 {
5488         struct page *page = NULL;
5489         gfp_t gfp = gfp_mask;
5490
5491 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5492         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5493                     __GFP_NOMEMALLOC;
5494         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5495                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5496         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5497 #endif
5498         if (unlikely(!page))
5499                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5500
5501         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5502
5503         return page;
5504 }
5505
5506 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5507 {
5508         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5509
5510         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5511                 free_the_page(page, compound_order(page));
5512 }
5513 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5514
5515 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5516                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5517                       unsigned int align_mask)
5518 {
5519         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5520         struct page *page;
5521         int offset;
5522
5523         if (unlikely(!nc->va)) {
5524 refill:
5525                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5526                 if (!page)
5527                         return NULL;
5528
5529 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5530                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5531                 size = nc->size;
5532 #endif
5533                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5534                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5535                  */
5536                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5537
5538                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5539                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5540                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5541                 nc->offset = size;
5542         }
5543
5544         offset = nc->offset - fragsz;
5545         if (unlikely(offset < 0)) {
5546                 page = virt_to_page(nc->va);
5547
5548                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5549                         goto refill;
5550
5551                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5552                         free_the_page(page, compound_order(page));
5553                         goto refill;
5554                 }
5555
5556 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5557                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5558                 size = nc->size;
5559 #endif
5560                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5561                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5562
5563                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5564                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5565                 offset = size - fragsz;
5566         }
5567
5568         nc->pagecnt_bias--;
5569         offset &= align_mask;
5570         nc->offset = offset;
5571
5572         return nc->va + offset;
5573 }
5574 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5575
5576 /*
5577  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5578  */
5579 void page_frag_free(void *addr)
5580 {
5581         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5582
5583         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5584                 free_the_page(page, compound_order(page));
5585 }
5586 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5587
5588 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5589                 size_t size)
5590 {
5591         if (addr) {
5592                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5593                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5594
5595                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5596                 while (used < alloc_end) {
5597                         free_page(used);
5598                         used += PAGE_SIZE;
5599                 }
5600         }
5601         return (void *)addr;
5602 }
5603
5604 /**
5605  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5606  * @size: the number of bytes to allocate
5607  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5608  *
5609  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5610  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5611  * allocate memory in power-of-two pages.
5612  *
5613  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5614  *
5615  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5616  *
5617  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5618  */
5619 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5620 {
5621         unsigned int order = get_order(size);
5622         unsigned long addr;
5623
5624         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5625                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5626
5627         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5628         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5629 }
5630 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5631
5632 /**
5633  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5634  *                         pages on a node.
5635  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5636  * @size: the number of bytes to allocate
5637  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5638  *
5639  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5640  * back.
5641  *
5642  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5643  */
5644 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5645 {
5646         unsigned int order = get_order(size);
5647         struct page *p;
5648
5649         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5650                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5651
5652         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5653         if (!p)
5654                 return NULL;
5655         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5656 }
5657
5658 /**
5659  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5660  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5661  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5662  *
5663  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5664  */
5665 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5666 {
5667         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5668         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5669
5670         while (addr < end) {
5671                 free_page(addr);
5672                 addr += PAGE_SIZE;
5673         }
5674 }
5675 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5676
5677 /**
5678  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5679  * @offset: The zone index of the highest zone
5680  *
5681  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5682  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5683  * zone, the number of pages is calculated as:
5684  *
5685  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5686  *
5687  * Return: number of pages beyond high watermark.
5688  */
5689 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5690 {
5691         struct zoneref *z;
5692         struct zone *zone;
5693
5694         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5695         unsigned long sum = 0;
5696
5697         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5698
5699         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5700                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5701                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5702                 if (size > high)
5703                         sum += size - high;
5704         }
5705
5706         return sum;
5707 }
5708
5709 /**
5710  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5711  *
5712  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5713  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5714  *
5715  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5716  * ZONE_NORMAL.
5717  */
5718 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5719 {
5720         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5721 }
5722 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5723
5724 static inline void show_node(struct zone *zone)
5725 {
5726         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5727                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5728 }
5729
5730 long si_mem_available(void)
5731 {
5732         long available;
5733         unsigned long pagecache;
5734         unsigned long wmark_low = 0;
5735         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5736         unsigned long reclaimable;
5737         struct zone *zone;
5738         int lru;
5739
5740         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5741                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5742
5743         for_each_zone(zone)
5744                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5745
5746         /*
5747          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5748          * without causing swapping.
5749          */
5750         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5751
5752         /*
5753          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5754          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5755          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5756          */
5757         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5758         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5759         available += pagecache;
5760
5761         /*
5762          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5763          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5764          * low watermark.
5765          */
5766         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5767                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5768         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5769
5770         if (available < 0)
5771                 available = 0;
5772         return available;
5773 }
5774 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5775
5776 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5777 {
5778         val->totalram = totalram_pages();
5779         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5780         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5781         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5782         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5783         val->freehigh = nr_free_highpages();
5784         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5785 }
5786
5787 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5788
5789 #ifdef CONFIG_NUMA
5790 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5791 {
5792         int zone_type;          /* needs to be signed */
5793         unsigned long managed_pages = 0;
5794         unsigned long managed_highpages = 0;
5795         unsigned long free_highpages = 0;
5796         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5797
5798         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5799                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5800         val->totalram = managed_pages;
5801         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5802         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5803 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5804         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5805                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5806
5807                 if (is_highmem(zone)) {
5808                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5809                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5810                 }
5811         }
5812         val->totalhigh = managed_highpages;
5813         val->freehigh = free_highpages;
5814 #else
5815         val->totalhigh = managed_highpages;
5816         val->freehigh = free_highpages;
5817 #endif
5818         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5819 }
5820 #endif
5821
5822 /*
5823  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5824  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5825  */
5826 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5827 {
5828         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5829                 return false;
5830
5831         /*
5832          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5833          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5834          * have to be precise here.
5835          */
5836         if (!nodemask)
5837                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5838
5839         return !node_isset(nid, *nodemask);
5840 }
5841
5842 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5843
5844 static void show_migration_types(unsigned char type)
5845 {
5846         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5847                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5848                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5849                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5850                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5851 #ifdef CONFIG_CMA
5852                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5853 #endif
5854 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5855                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5856 #endif
5857         };
5858         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5859         char *p = tmp;
5860         int i;
5861
5862         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5863                 if (type & (1 << i))
5864                         *p++ = types[i];
5865         }
5866
5867         *p = '\0';
5868         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5869 }
5870
5871 /*
5872  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5873  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5874  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5875  *
5876  * Bits in @filter:
5877  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5878  *   cpuset.
5879  */
5880 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5881 {
5882         unsigned long free_pcp = 0;
5883         int cpu;
5884         struct zone *zone;
5885         pg_data_t *pgdat;
5886
5887         for_each_populated_zone(zone) {
5888                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5889                         continue;
5890
5891                 for_each_online_cpu(cpu)
5892                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5893         }
5894
5895         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5896                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5897                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5898                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5899                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5900                 " kernel_misc_reclaimable:%lu\n"
5901                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5902                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5903                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5904                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5905                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5906                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5907                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5908                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5909                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5910                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5911                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5912                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5913                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5914                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5915                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5916                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5917                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE),
5918                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5919                 free_pcp,
5920                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5921
5922         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5923                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5924                         continue;
5925
5926                 printk("Node %d"
5927                         " active_anon:%lukB"
5928                         " inactive_anon:%lukB"
5929                         " active_file:%lukB"
5930                         " inactive_file:%lukB"
5931                         " unevictable:%lukB"
5932                         " isolated(anon):%lukB"
5933                         " isolated(file):%lukB"
5934                         " mapped:%lukB"
5935                         " dirty:%lukB"
5936                         " writeback:%lukB"
5937                         " shmem:%lukB"
5938 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5939                         " shmem_thp: %lukB"
5940                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5941                         " anon_thp: %lukB"
5942 #endif
5943                         " writeback_tmp:%lukB"
5944                         " kernel_stack:%lukB"
5945 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5946                         " shadow_call_stack:%lukB"
5947 #endif
5948                         " pagetables:%lukB"
5949                         " all_unreclaimable? %s"
5950                         "\n",
5951                         pgdat->node_id,
5952                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5953                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5954                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5955                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5956                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5957                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5958                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5959                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5960                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5961                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5962                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5963 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5964                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
5965                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
5966                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
5967 #endif
5968                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5969                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5970 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5971                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5972 #endif
5973                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
5974                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5975                                 "yes" : "no");
5976         }
5977
5978         for_each_populated_zone(zone) {
5979                 int i;
5980
5981                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5982                         continue;
5983
5984                 free_pcp = 0;
5985                 for_each_online_cpu(cpu)
5986                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5987
5988                 show_node(zone);
5989                 printk(KERN_CONT
5990                         "%s"
5991                         " free:%lukB"
5992                         " boost:%lukB"
5993                         " min:%lukB"
5994                         " low:%lukB"
5995                         " high:%lukB"
5996                         " reserved_highatomic:%luKB"
5997                         " active_anon:%lukB"
5998                         " inactive_anon:%lukB"
5999                         " active_file:%lukB"
6000                         " inactive_file:%lukB"
6001                         " unevictable:%lukB"
6002                         " writepending:%lukB"
6003                         " present:%lukB"
6004                         " managed:%lukB"
6005                         " mlocked:%lukB"
6006                         " bounce:%lukB"
6007                         " free_pcp:%lukB"
6008                         " local_pcp:%ukB"
6009                         " free_cma:%lukB"
6010                         "\n",
6011                         zone->name,
6012                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
6013                         K(zone->watermark_boost),
6014                         K(min_wmark_pages(zone)),
6015                         K(low_wmark_pages(zone)),
6016                         K(high_wmark_pages(zone)),
6017                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
6018                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
6019                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
6020                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
6021                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
6022                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6023                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6024                         K(zone->present_pages),
6025                         K(zone_managed_pages(zone)),
6026                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6027                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6028                         K(free_pcp),
6029                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6030                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6031                 printk("lowmem_reserve[]:");
6032                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6033                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6034                 printk(KERN_CONT "\n");
6035         }
6036
6037         for_each_populated_zone(zone) {
6038                 unsigned int order;
6039                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6040                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6041
6042                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6043                         continue;
6044                 show_node(zone);
6045                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6046
6047                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6048                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6049                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6050                         int type;
6051
6052                         nr[order] = area->nr_free;
6053                         total += nr[order] << order;
6054
6055                         types[order] = 0;
6056                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6057                                 if (!free_area_empty(area, type))
6058                                         types[order] |= 1 << type;
6059                         }
6060                 }
6061                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6062                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6063                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6064                                nr[order], K(1UL) << order);
6065                         if (nr[order])
6066                                 show_migration_types(types[order]);
6067                 }
6068                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6069         }
6070
6071         hugetlb_show_meminfo();
6072
6073         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6074
6075         show_swap_cache_info();
6076 }
6077
6078 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6079 {
6080         zoneref->zone = zone;
6081         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6082 }
6083
6084 /*
6085  * Builds allocation fallback zone lists.
6086  *
6087  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6088  */
6089 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6090 {
6091         struct zone *zone;
6092         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6093         int nr_zones = 0;
6094
6095         do {
6096                 zone_type--;
6097                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6098                 if (managed_zone(zone)) {
6099                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6100                         check_highest_zone(zone_type);
6101                 }
6102         } while (zone_type);
6103
6104         return nr_zones;
6105 }
6106
6107 #ifdef CONFIG_NUMA
6108
6109 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6110 {
6111         /*
6112          * We used to support different zonelists modes but they turned
6113          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6114          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6115          * not fail it silently
6116          */
6117         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6118                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6119                 return -EINVAL;
6120         }
6121         return 0;
6122 }
6123
6124 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6125
6126 /*
6127  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6128  */
6129 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6130                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6131 {
6132         if (write)
6133                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6134         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6135 }
6136
6137
6138 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
6139 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6140
6141 /**
6142  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6143  * @node: node whose fallback list we're appending
6144  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6145  *
6146  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6147  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6148  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6149  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6150  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6151  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6152  * on them otherwise.
6153  *
6154  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6155  */
6156 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6157 {
6158         int n, val;
6159         int min_val = INT_MAX;
6160         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6161
6162         /* Use the local node if we haven't already */
6163         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6164                 node_set(node, *used_node_mask);
6165                 return node;
6166         }
6167
6168         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6169
6170                 /* Don't want a node to appear more than once */
6171                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6172                         continue;
6173
6174                 /* Use the distance array to find the distance */
6175                 val = node_distance(node, n);
6176
6177                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6178                 val += (n < node);
6179
6180                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6181                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6182                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6183
6184                 /* Slight preference for less loaded node */
6185                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
6186                 val += node_load[n];
6187
6188                 if (val < min_val) {
6189                         min_val = val;
6190                         best_node = n;
6191                 }
6192         }
6193
6194         if (best_node >= 0)
6195                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6196
6197         return best_node;
6198 }
6199
6200
6201 /*
6202  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6203  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6204  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6205  */
6206 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6207                 unsigned nr_nodes)
6208 {
6209         struct zoneref *zonerefs;
6210         int i;
6211
6212         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6213
6214         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6215                 int nr_zones;
6216
6217                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6218
6219                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6220                 zonerefs += nr_zones;
6221         }
6222         zonerefs->zone = NULL;
6223         zonerefs->zone_idx = 0;
6224 }
6225
6226 /*
6227  * Build gfp_thisnode zonelists
6228  */
6229 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6230 {
6231         struct zoneref *zonerefs;
6232         int nr_zones;
6233
6234         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6235         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6236         zonerefs += nr_zones;
6237         zonerefs->zone = NULL;
6238         zonerefs->zone_idx = 0;
6239 }
6240
6241 /*
6242  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6243  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6244  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6245  * may still exist in local DMA zone.
6246  */
6247
6248 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6249 {
6250         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6251         int node, load, nr_nodes = 0;
6252         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6253         int local_node, prev_node;
6254
6255         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6256         local_node = pgdat->node_id;
6257         load = nr_online_nodes;
6258         prev_node = local_node;
6259
6260         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6261         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6262                 /*
6263                  * We don't want to pressure a particular node.
6264                  * So adding penalty to the first node in same
6265                  * distance group to make it round-robin.
6266                  */
6267                 if (node_distance(local_node, node) !=
6268                     node_distance(local_node, prev_node))
6269                         node_load[node] += load;
6270
6271                 node_order[nr_nodes++] = node;
6272                 prev_node = node;
6273                 load--;
6274         }
6275
6276         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6277         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6278         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
6279         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
6280                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
6281         pr_cont("\n");
6282 }
6283
6284 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6285 /*
6286  * Return node id of node used for "local" allocations.
6287  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6288  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6289  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6290  */
6291 int local_memory_node(int node)
6292 {
6293         struct zoneref *z;
6294
6295         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6296                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6297                                    NULL);
6298         return zone_to_nid(z->zone);
6299 }
6300 #endif
6301
6302 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6303 static void setup_min_slab_ratio(void);
6304 #else   /* CONFIG_NUMA */
6305
6306 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6307 {
6308         int node, local_node;
6309         struct zoneref *zonerefs;
6310         int nr_zones;
6311
6312         local_node = pgdat->node_id;
6313
6314         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6315         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6316         zonerefs += nr_zones;
6317
6318         /*
6319          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6320          * of all the other nodes.
6321          * We don't want to pressure a particular node, so when
6322          * building the zones for node N, we make sure that the
6323          * zones coming right after the local ones are those from
6324          * node N+1 (modulo N)
6325          */
6326         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6327                 if (!node_online(node))
6328                         continue;
6329                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6330                 zonerefs += nr_zones;
6331         }
6332         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6333                 if (!node_online(node))
6334                         continue;
6335                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6336                 zonerefs += nr_zones;
6337         }
6338
6339         zonerefs->zone = NULL;
6340         zonerefs->zone_idx = 0;
6341 }
6342
6343 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6344
6345 /*
6346  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6347  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6348  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6349  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6350  * with interrupts disabled.
6351  *
6352  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6353  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6354  * hotplugged processors.
6355  *
6356  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6357  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6358  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6359  */
6360 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6361 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6362 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6363 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6364 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6365 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6366 DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6367
6368 static void __build_all_zonelists(void *data)
6369 {
6370         int nid;
6371         int __maybe_unused cpu;
6372         pg_data_t *self = data;
6373         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6374
6375         spin_lock(&lock);
6376
6377 #ifdef CONFIG_NUMA
6378         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6379 #endif
6380
6381         /*
6382          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6383          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6384          */
6385         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6386                 build_zonelists(self);
6387         } else {
6388                 /*
6389                  * All possible nodes have pgdat preallocated
6390                  * in free_area_init
6391                  */
6392                 for_each_node(nid) {
6393                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6394
6395                         build_zonelists(pgdat);
6396                 }
6397
6398 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6399                 /*
6400                  * We now know the "local memory node" for each node--
6401                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6402                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6403                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6404                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6405                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6406                  */
6407                 for_each_online_cpu(cpu)
6408                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6409 #endif
6410         }
6411
6412         spin_unlock(&lock);
6413 }
6414
6415 static noinline void __init
6416 build_all_zonelists_init(void)
6417 {
6418         int cpu;
6419
6420         __build_all_zonelists(NULL);
6421
6422         /*
6423          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6424          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6425          * each zone will be allocated later when the per cpu
6426          * allocator is available.
6427          *
6428          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6429          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6430          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6431          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6432          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6433          * (a chicken-egg dilemma).
6434          */
6435         for_each_possible_cpu(cpu)
6436                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6437
6438         mminit_verify_zonelist();
6439         cpuset_init_current_mems_allowed();
6440 }
6441
6442 /*
6443  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6444  *
6445  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6446  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6447  */
6448 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6449 {
6450         unsigned long vm_total_pages;
6451
6452         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6453                 build_all_zonelists_init();
6454         } else {
6455                 __build_all_zonelists(pgdat);
6456                 /* cpuset refresh routine should be here */
6457         }
6458         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6459         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6460         /*
6461          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6462          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6463          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6464          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6465          * disabled and enable it later
6466          */
6467         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6468                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6469         else
6470                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6471
6472         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6473                 nr_online_nodes,
6474                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6475                 vm_total_pages);
6476 #ifdef CONFIG_NUMA
6477         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6478 #endif
6479 }
6480
6481 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6482 static bool __meminit
6483 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6484 {
6485         static struct memblock_region *r;
6486
6487         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6488                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6489                         for_each_mem_region(r) {
6490                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6491                                         break;
6492                         }
6493                 }
6494                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6495                     memblock_is_mirror(r)) {
6496                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6497                         return true;
6498                 }
6499         }
6500         return false;
6501 }
6502
6503 /*
6504  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6505  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6506  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6507  *
6508  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6509  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6510  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6511  */
6512 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6513                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6514                 enum meminit_context context,
6515                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6516 {
6517         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6518         struct page *page;
6519
6520         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6521                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6522
6523 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6524         /*
6525          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6526          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6527          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6528          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6529          * the hotplug lock.
6530          */
6531         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6532                 if (!altmap)
6533                         return;
6534
6535                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6536                         start_pfn += altmap->reserve;
6537                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6538         }
6539 #endif
6540
6541         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6542                 /*
6543                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6544                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6545                  */
6546                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6547                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6548                                 continue;
6549                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6550                                 break;
6551                 }
6552
6553                 page = pfn_to_page(pfn);
6554                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6555                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6556                         __SetPageReserved(page);
6557
6558                 /*
6559                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6560                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6561                  * over the place during system boot.
6562                  */
6563                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6564                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6565                         cond_resched();
6566                 }
6567                 pfn++;
6568         }
6569 }
6570
6571 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6572 static void __ref __init_zone_device_page(struct page *page, unsigned long pfn,
6573                                           unsigned long zone_idx, int nid,
6574                                           struct dev_pagemap *pgmap)
6575 {
6576
6577         __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6578
6579         /*
6580          * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6581          * phase for it to be fully associated with a zone.
6582          *
6583          * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6584          * the flag as we are still initializing the pages.
6585          */
6586         __SetPageReserved(page);
6587
6588         /*
6589          * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6590          * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6591          * ever freed or placed on a driver-private list.
6592          */
6593         page->pgmap = pgmap;
6594         page->zone_device_data = NULL;
6595
6596         /*
6597          * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6598          * movable at startup. This will force kernel allocations
6599          * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6600          * the address space during boot when many long-lived
6601          * kernel allocations are made.
6602          *
6603          * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6604          * because this is done early in section_activate()
6605          */
6606         if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6607                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6608                 cond_resched();
6609         }
6610 }
6611
6612 static void __ref memmap_init_compound(struct page *head,
6613                                        unsigned long head_pfn,
6614                                        unsigned long zone_idx, int nid,
6615                                        struct dev_pagemap *pgmap,
6616                                        unsigned long nr_pages)
6617 {
6618         unsigned long pfn, end_pfn = head_pfn + nr_pages;
6619         unsigned int order = pgmap->vmemmap_shift;
6620
6621         __SetPageHead(head);
6622         for (pfn = head_pfn + 1; pfn < end_pfn; pfn++) {
6623                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6624
6625                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6626                 prep_compound_tail(head, pfn - head_pfn);
6627                 set_page_count(page, 0);
6628
6629                 /*
6630                  * The first tail page stores compound_mapcount_ptr() and
6631                  * compound_order() and the second tail page stores
6632                  * compound_pincount_ptr(). Call prep_compound_head() after
6633                  * the first and second tail pages have been initialized to
6634                  * not have the data overwritten.
6635                  */
6636                 if (pfn == head_pfn + 2)
6637                         prep_compound_head(head, order);
6638         }
6639 }
6640
6641 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6642                                    unsigned long start_pfn,
6643                                    unsigned long nr_pages,
6644                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6645 {
6646         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6647         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6648         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6649         unsigned int pfns_per_compound = pgmap_vmemmap_nr(pgmap);
6650         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6651         unsigned long start = jiffies;
6652         int nid = pgdat->node_id;
6653
6654         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6655                 return;
6656
6657         /*
6658          * The call to memmap_init should have already taken care
6659          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6660          * the end of that region and start processing the device pages.
6661          */
6662         if (altmap) {
6663                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6664                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6665         }
6666
6667         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pfns_per_compound) {
6668                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6669
6670                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6671
6672                 if (pfns_per_compound == 1)
6673                         continue;
6674
6675                 memmap_init_compound(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap,
6676                                      pfns_per_compound);
6677         }
6678
6679         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6680                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6681 }
6682
6683 #endif
6684 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6685 {
6686         unsigned int order, t;
6687         for_each_migratetype_order(order, t) {
6688                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6689                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6690         }
6691 }
6692
6693 /*
6694  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6695  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6696  * memmap_init_zone_range().
6697  *
6698  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6699  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6700  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6701  *   arbitrary section size
6702  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6703  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6704  *   nicely with memmap sections
6705  *
6706  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6707  * - PG_Reserved is set
6708  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6709  *   hole is in the middle of a zone
6710  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6711  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6712  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6713  *   section that will be appended to the zone/node below.
6714  */
6715 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6716                                           unsigned long epfn,
6717                                           int zone, int node)
6718 {
6719         unsigned long pfn;
6720         u64 pgcnt = 0;
6721
6722         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6723                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6724                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6725                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6726                         continue;
6727                 }
6728                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6729                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6730                 pgcnt++;
6731         }
6732
6733         if (pgcnt)
6734                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6735                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6736 }
6737
6738 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6739                                           unsigned long start_pfn,
6740                                           unsigned long end_pfn,
6741                                           unsigned long *hole_pfn)
6742 {
6743         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6744         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6745         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6746
6747         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6748         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6749
6750         if (start_pfn >= end_pfn)
6751                 return;
6752
6753         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6754                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6755
6756         if (*hole_pfn < start_pfn)
6757                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6758
6759         *hole_pfn = end_pfn;
6760 }
6761
6762 static void __init memmap_init(void)
6763 {
6764         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6765         unsigned long hole_pfn = 0;
6766         int i, j, zone_id = 0, nid;
6767
6768         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6769                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6770
6771                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6772                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6773
6774                         if (!populated_zone(zone))
6775                                 continue;
6776
6777                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6778                                                &hole_pfn);
6779                         zone_id = j;
6780                 }
6781         }
6782
6783 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6784         /*
6785          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6786          * section_end].
6787          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6788          * node.
6789          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6790          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6791          * for FLATMEM it is a nop anyway
6792          */
6793         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6794         if (hole_pfn < end_pfn)
6795 #endif
6796                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
6797 }
6798
6799 void __init *memmap_alloc(phys_addr_t size, phys_addr_t align,
6800                           phys_addr_t min_addr, int nid, bool exact_nid)
6801 {
6802         void *ptr;
6803
6804         if (exact_nid)
6805                 ptr = memblock_alloc_exact_nid_raw(size, align, min_addr,
6806                                                    MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6807                                                    nid);
6808         else
6809                 ptr = memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, min_addr,
6810                                                  MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6811                                                  nid);
6812
6813         if (ptr && size > 0)
6814                 page_init_poison(ptr, size);
6815
6816         return ptr;
6817 }
6818
6819 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6820 {
6821 #ifdef CONFIG_MMU
6822         int batch;
6823
6824         /*
6825          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
6826          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
6827          * size is striking a balance between allocation latency
6828          * and zone lock contention.
6829          */
6830         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, (1024 * 1024) / PAGE_SIZE);
6831         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6832         if (batch < 1)
6833                 batch = 1;
6834
6835         /*
6836          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6837          * of 2 value was found to be more likely to have
6838          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6839          *
6840          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6841          * batches of pages, one task can end up with a lot
6842          * of pages of one half of the possible page colors
6843          * and the other with pages of the other colors.
6844          */
6845         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6846
6847         return batch;
6848
6849 #else
6850         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6851          * conditions.
6852          *
6853          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6854          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6855          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6856          *
6857          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6858          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6859          * can be a significant delay between the individual batches being
6860          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6861          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6862          */
6863         return 0;
6864 #endif
6865 }
6866
6867 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
6868 {
6869 #ifdef CONFIG_MMU
6870         int high;
6871         int nr_split_cpus;
6872         unsigned long total_pages;
6873
6874         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
6875                 /*
6876                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
6877                  * low watermark so that if they are full then background
6878                  * reclaim will not be started prematurely.
6879                  */
6880                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
6881         } else {
6882                 /*
6883                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
6884                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
6885                  * zone.
6886                  */
6887                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
6888         }
6889
6890         /*
6891          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
6892          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
6893          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
6894          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
6895          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
6896          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
6897          */
6898         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
6899         if (!nr_split_cpus)
6900                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
6901         high = total_pages / nr_split_cpus;
6902
6903         /*
6904          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
6905          * historical relationship between high and batch.
6906          */
6907         high = max(high, batch << 2);
6908
6909         return high;
6910 #else
6911         return 0;
6912 #endif
6913 }
6914
6915 /*
6916  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6917  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6918  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6919  *
6920  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6921  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6922  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6923  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6924  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6925  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6926  *
6927  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6928  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6929  * exist).
6930  */
6931 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6932                 unsigned long batch)
6933 {
6934         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6935         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6936 }
6937
6938 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
6939 {
6940         int pindex;
6941
6942         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
6943         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
6944
6945         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
6946                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
6947
6948         /*
6949          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6950          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6951          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6952          * pageset yet.
6953          */
6954         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6955         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6956         pcp->free_factor = 0;
6957 }
6958
6959 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6960                 unsigned long batch)
6961 {
6962         struct per_cpu_pages *pcp;
6963         int cpu;
6964
6965         for_each_possible_cpu(cpu) {
6966                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6967                 pageset_update(pcp, high, batch);
6968         }
6969 }
6970
6971 /*
6972  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6973  * zone based on the zone's size.
6974  */
6975 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
6976 {
6977         int new_high, new_batch;
6978
6979         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
6980         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
6981
6982         if (zone->pageset_high == new_high &&
6983             zone->pageset_batch == new_batch)
6984                 return;
6985
6986         zone->pageset_high = new_high;
6987         zone->pageset_batch = new_batch;
6988
6989         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
6990 }
6991
6992 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6993 {
6994         int cpu;
6995
6996         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
6997         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
6998                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
6999
7000         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
7001         for_each_possible_cpu(cpu) {
7002                 struct per_cpu_pages *pcp;
7003                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
7004
7005                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
7006                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
7007                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
7008         }
7009
7010         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
7011 }
7012
7013 /*
7014  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
7015  * Before this call only boot pagesets were available.
7016  */
7017 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
7018 {
7019         struct pglist_data *pgdat;
7020         struct zone *zone;
7021         int __maybe_unused cpu;
7022
7023         for_each_populated_zone(zone)
7024                 setup_zone_pageset(zone);
7025
7026 #ifdef CONFIG_NUMA
7027         /*
7028          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
7029          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
7030          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
7031          * the nodes these zones are associated with.
7032          */
7033         for_each_possible_cpu(cpu) {
7034                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
7035                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
7036                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
7037         }
7038 #endif
7039
7040         for_each_online_pgdat(pgdat)
7041                 pgdat->per_cpu_nodestats =
7042                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7043 }
7044
7045 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
7046 {
7047         /*
7048          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
7049          * relies on the ability of the linker to provide the
7050          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
7051          */
7052         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
7053         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
7054         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7055         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7056
7057         if (populated_zone(zone))
7058                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
7059                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
7060 }
7061
7062 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
7063                                         unsigned long zone_start_pfn,
7064                                         unsigned long size)
7065 {
7066         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
7067         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
7068
7069         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
7070                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
7071
7072         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7073
7074         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
7075                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
7076                         pgdat->node_id,
7077                         (unsigned long)zone_idx(zone),
7078                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7079
7080         zone_init_free_lists(zone);
7081         zone->initialized = 1;
7082 }
7083
7084 /**
7085  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7086  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7087  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7088  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7089  *
7090  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7091  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7092  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7093  * PFNs will be 0.
7094  */
7095 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7096                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7097 {
7098         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7099         int i;
7100
7101         *start_pfn = -1UL;
7102         *end_pfn = 0;
7103
7104         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7105                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7106                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7107         }
7108
7109         if (*start_pfn == -1UL)
7110                 *start_pfn = 0;
7111 }
7112
7113 /*
7114  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7115  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7116  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7117  */
7118 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7119 {
7120         int zone_index;
7121         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7122                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7123                         continue;
7124
7125                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7126                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7127                         break;
7128         }
7129
7130         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7131         movable_zone = zone_index;
7132 }
7133
7134 /*
7135  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7136  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7137  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7138  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7139  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7140  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7141  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7142  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7143  */
7144 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7145                                         unsigned long zone_type,
7146                                         unsigned long node_start_pfn,
7147                                         unsigned long node_end_pfn,
7148                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7149                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7150 {
7151         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7152         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7153                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7154                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7155                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7156                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7157                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7158
7159                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7160                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7161                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7162                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7163                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7164
7165                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7166                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7167                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7168         }
7169 }
7170
7171 /*
7172  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7173  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7174  */
7175 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7176                                         unsigned long zone_type,
7177                                         unsigned long node_start_pfn,
7178                                         unsigned long node_end_pfn,
7179                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7180                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7181 {
7182         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7183         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7184         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7185         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7186                 return 0;
7187
7188         /* Get the start and end of the zone */
7189         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7190         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7191         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7192                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7193                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7194
7195         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7196         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7197                 return 0;
7198
7199         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7200         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7201         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7202
7203         /* Return the spanned pages */
7204         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7205 }
7206
7207 /*
7208  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7209  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7210  */
7211 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7212                                 unsigned long range_start_pfn,
7213                                 unsigned long range_end_pfn)
7214 {
7215         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7216         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7217         int i;
7218
7219         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7220                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7221                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7222                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7223         }
7224         return nr_absent;
7225 }
7226
7227 /**
7228  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7229  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7230  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7231  *
7232  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7233  */
7234 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7235                                                         unsigned long end_pfn)
7236 {
7237         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7238 }
7239
7240 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7241 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7242                                         unsigned long zone_type,
7243                                         unsigned long node_start_pfn,
7244                                         unsigned long node_end_pfn)
7245 {
7246         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7247         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7248         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7249         unsigned long nr_absent;
7250
7251         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7252         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7253                 return 0;
7254
7255         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7256         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7257
7258         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7259                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7260                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7261         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7262
7263         /*
7264          * ZONE_MOVABLE handling.
7265          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7266          * and vice versa.
7267          */
7268         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7269                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7270                 struct memblock_region *r;
7271
7272                 for_each_mem_region(r) {
7273                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7274                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7275                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7276                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7277
7278                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7279                             memblock_is_mirror(r))
7280                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7281
7282                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7283                             !memblock_is_mirror(r))
7284                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7285                 }
7286         }
7287
7288         return nr_absent;
7289 }
7290
7291 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7292                                                 unsigned long node_start_pfn,
7293                                                 unsigned long node_end_pfn)
7294 {
7295         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7296         enum zone_type i;
7297
7298         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7299                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7300                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7301                 unsigned long spanned, absent;
7302                 unsigned long size, real_size;
7303
7304                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7305                                                      node_start_pfn,
7306                                                      node_end_pfn,
7307                                                      &zone_start_pfn,
7308                                                      &zone_end_pfn);
7309                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7310                                                    node_start_pfn,
7311                                                    node_end_pfn);
7312
7313                 size = spanned;
7314                 real_size = size - absent;
7315
7316                 if (size)
7317                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7318                 else
7319                         zone->zone_start_pfn = 0;
7320                 zone->spanned_pages = size;
7321                 zone->present_pages = real_size;
7322 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
7323                 zone->present_early_pages = real_size;
7324 #endif
7325
7326                 totalpages += size;
7327                 realtotalpages += real_size;
7328         }
7329
7330         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7331         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7332         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7333 }
7334
7335 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7336 /*
7337  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7338  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7339  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7340  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7341  * bytes.
7342  */
7343 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7344 {
7345         unsigned long usemapsize;
7346
7347         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7348         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7349         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7350         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7351         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7352
7353         return usemapsize / 8;
7354 }
7355
7356 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7357 {
7358         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7359                                                zone->spanned_pages);
7360         zone->pageblock_flags = NULL;
7361         if (usemapsize) {
7362                 zone->pageblock_flags =
7363                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7364                                             zone_to_nid(zone));
7365                 if (!zone->pageblock_flags)
7366                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7367                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7368         }
7369 }
7370 #else
7371 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7372 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7373
7374 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7375
7376 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7377 void __init set_pageblock_order(void)
7378 {
7379         unsigned int order = MAX_ORDER - 1;
7380
7381         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7382         if (pageblock_order)
7383                 return;
7384
7385         /* Don't let pageblocks exceed the maximum allocation granularity. */
7386         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT && HUGETLB_PAGE_ORDER < order)
7387                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7388
7389         /*
7390          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7391          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7392          * powerpc.
7393          */
7394         pageblock_order = order;
7395 }
7396 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7397
7398 /*
7399  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7400  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7401  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7402  * the kernel config
7403  */
7404 void __init set_pageblock_order(void)
7405 {
7406 }
7407
7408 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7409
7410 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7411                                                 unsigned long present_pages)
7412 {
7413         unsigned long pages = spanned_pages;
7414
7415         /*
7416          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7417          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7418          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7419          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7420          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7421          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7422          */
7423         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7424             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7425                 pages = present_pages;
7426
7427         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7428 }
7429
7430 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7431 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7432 {
7433         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7434
7435         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7436         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7437         ds_queue->split_queue_len = 0;
7438 }
7439 #else
7440 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7441 #endif
7442
7443 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7444 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7445 {
7446         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7447 }
7448 #else
7449 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7450 #endif
7451
7452 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7453 {
7454         int i;
7455
7456         pgdat_resize_init(pgdat);
7457
7458         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7459         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7460
7461         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7462         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7463
7464         for (i = 0; i < NR_VMSCAN_THROTTLE; i++)
7465                 init_waitqueue_head(&pgdat->reclaim_wait[i]);
7466
7467         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7468         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7469 }
7470
7471 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7472                                                         unsigned long remaining_pages)
7473 {
7474         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7475         zone_set_nid(zone, nid);
7476         zone->name = zone_names[idx];
7477         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7478         spin_lock_init(&zone->lock);
7479         zone_seqlock_init(zone);
7480         zone_pcp_init(zone);
7481 }
7482
7483 /*
7484  * Set up the zone data structures
7485  * - init pgdat internals
7486  * - init all zones belonging to this node
7487  *
7488  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7489  */
7490 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7491 void __ref free_area_init_core_hotplug(struct pglist_data *pgdat)
7492 {
7493         int nid = pgdat->node_id;
7494         enum zone_type z;
7495         int cpu;
7496
7497         pgdat_init_internals(pgdat);
7498
7499         if (pgdat->per_cpu_nodestats == &boot_nodestats)
7500                 pgdat->per_cpu_nodestats = alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7501
7502         /*
7503          * Reset the nr_zones, order and highest_zoneidx before reuse.
7504          * Note that kswapd will init kswapd_highest_zoneidx properly
7505          * when it starts in the near future.
7506          */
7507         pgdat->nr_zones = 0;
7508         pgdat->kswapd_order = 0;
7509         pgdat->kswapd_highest_zoneidx = 0;
7510         pgdat->node_start_pfn = 0;
7511         for_each_online_cpu(cpu) {
7512                 struct per_cpu_nodestat *p;
7513
7514                 p = per_cpu_ptr(pgdat->per_cpu_nodestats, cpu);
7515                 memset(p, 0, sizeof(*p));
7516         }
7517
7518         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7519                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7520 }
7521 #endif
7522
7523 /*
7524  * Set up the zone data structures:
7525  *   - mark all pages reserved
7526  *   - mark all memory queues empty
7527  *   - clear the memory bitmaps
7528  *
7529  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7530  * NOTE: this function is only called during early init.
7531  */
7532 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7533 {
7534         enum zone_type j;
7535         int nid = pgdat->node_id;
7536
7537         pgdat_init_internals(pgdat);
7538         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7539
7540         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7541                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7542                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7543
7544                 size = zone->spanned_pages;
7545                 freesize = zone->present_pages;
7546
7547                 /*
7548                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7549                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7550                  * and per-cpu initialisations
7551                  */
7552                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7553                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7554                         if (freesize >= memmap_pages) {
7555                                 freesize -= memmap_pages;
7556                                 if (memmap_pages)
7557                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7558                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7559                         } else
7560                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7561                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7562                 }
7563
7564                 /* Account for reserved pages */
7565                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7566                         freesize -= dma_reserve;
7567                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7568                 }
7569
7570                 if (!is_highmem_idx(j))
7571                         nr_kernel_pages += freesize;
7572                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7573                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7574                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7575                 nr_all_pages += freesize;
7576
7577                 /*
7578                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7579                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7580                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7581                  */
7582                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7583
7584                 if (!size)
7585                         continue;
7586
7587                 set_pageblock_order();
7588                 setup_usemap(zone);
7589                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7590         }
7591 }
7592
7593 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7594 static void __init alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7595 {
7596         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7597         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7598
7599         /* Skip empty nodes */
7600         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7601                 return;
7602
7603         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7604         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7605         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7606         if (!pgdat->node_mem_map) {
7607                 unsigned long size, end;
7608                 struct page *map;
7609
7610                 /*
7611                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7612                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7613                  * for the buddy allocator to function correctly.
7614                  */
7615                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7616                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7617                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7618                 map = memmap_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES, MEMBLOCK_LOW_LIMIT,
7619                                    pgdat->node_id, false);
7620                 if (!map)
7621                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7622                               size, pgdat->node_id);
7623                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7624         }
7625         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7626                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7627                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7628 #ifndef CONFIG_NUMA
7629         /*
7630          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7631          */
7632         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7633                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7634                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7635                         mem_map -= offset;
7636         }
7637 #endif
7638 }
7639 #else
7640 static inline void alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7641 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7642
7643 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7644 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7645 {
7646         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7647 }
7648 #else
7649 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7650 #endif
7651
7652 static void __init free_area_init_node(int nid)
7653 {
7654         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7655         unsigned long start_pfn = 0;
7656         unsigned long end_pfn = 0;
7657
7658         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7659         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7660
7661         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7662
7663         pgdat->node_id = nid;
7664         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7665         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7666
7667         if (start_pfn != end_pfn) {
7668                 pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7669                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7670                         end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7671         } else {
7672                 pr_info("Initmem setup node %d as memoryless\n", nid);
7673         }
7674
7675         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7676
7677         alloc_node_mem_map(pgdat);
7678         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7679
7680         free_area_init_core(pgdat);
7681 }
7682
7683 static void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7684 {
7685         free_area_init_node(nid);
7686 }
7687
7688 #if MAX_NUMNODES > 1
7689 /*
7690  * Figure out the number of possible node ids.
7691  */
7692 void __init setup_nr_node_ids(void)
7693 {
7694         unsigned int highest;
7695
7696         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7697         nr_node_ids = highest + 1;
7698 }
7699 #endif
7700
7701 /**
7702  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7703  *
7704  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7705  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7706  * all the nodes.
7707  *
7708  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7709  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7710  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7711  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7712  *
7713  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7714  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7715  * populated node map.
7716  *
7717  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7718  * requirement (single node).
7719  */
7720 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7721 {
7722         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7723         unsigned long start, end, mask;
7724         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7725         int i, nid;
7726
7727         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7728                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7729                         last_nid = nid;
7730                         last_end = end;
7731                         continue;
7732                 }
7733
7734                 /*
7735                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7736                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7737                  * too coarse to separate the current node from the last.
7738                  */
7739                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7740                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7741                         mask <<= 1;
7742
7743                 /* accumulate all internode masks */
7744                 accl_mask |= mask;
7745         }
7746
7747         /* convert mask to number of pages */
7748         return ~accl_mask + 1;
7749 }
7750
7751 /**
7752  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7753  *
7754  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7755  * memblock_set_node().
7756  */
7757 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7758 {
7759         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7760 }
7761
7762 /*
7763  * early_calculate_totalpages()
7764  * Sum pages in active regions for movable zone.
7765  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7766  */
7767 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7768 {
7769         unsigned long totalpages = 0;
7770         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7771         int i, nid;
7772
7773         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7774                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7775
7776                 totalpages += pages;
7777                 if (pages)
7778                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7779         }
7780         return totalpages;
7781 }
7782
7783 /*
7784  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7785  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7786  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7787  * others
7788  */
7789 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7790 {
7791         int i, nid;
7792         unsigned long usable_startpfn;
7793         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7794         /* save the state before borrow the nodemask */
7795         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7796         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7797         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7798         struct memblock_region *r;
7799
7800         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7801         find_usable_zone_for_movable();
7802
7803         /*
7804          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7805          * options.
7806          */
7807         if (movable_node_is_enabled()) {
7808                 for_each_mem_region(r) {
7809                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7810                                 continue;
7811
7812                         nid = memblock_get_region_node(r);
7813
7814                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7815                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7816                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7817                                 usable_startpfn;
7818                 }
7819
7820                 goto out2;
7821         }
7822
7823         /*
7824          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7825          */
7826         if (mirrored_kernelcore) {
7827                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7828
7829                 for_each_mem_region(r) {
7830                         if (memblock_is_mirror(r))
7831                                 continue;
7832
7833                         nid = memblock_get_region_node(r);
7834
7835                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7836
7837                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7838                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7839                                 continue;
7840                         }
7841
7842                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7843                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7844                                 usable_startpfn;
7845                 }
7846
7847                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7848                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7849
7850                 goto out2;
7851         }
7852
7853         /*
7854          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7855          * amount of necessary memory.
7856          */
7857         if (required_kernelcore_percent)
7858                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7859                                        10000UL;
7860         if (required_movablecore_percent)
7861                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7862                                         10000UL;
7863
7864         /*
7865          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7866          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7867          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7868          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7869          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7870          * what movablecore would have allowed.
7871          */
7872         if (required_movablecore) {
7873                 unsigned long corepages;
7874
7875                 /*
7876                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7877                  * was requested by the user
7878                  */
7879                 required_movablecore =
7880                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7881                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7882                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7883
7884                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7885         }
7886
7887         /*
7888          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7889          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7890          */
7891         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7892                 goto out;
7893
7894         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7895         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7896
7897 restart:
7898         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7899         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7900         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7901                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7902
7903                 /*
7904                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7905                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7906                  * amount of memory for the kernel
7907                  */
7908                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7909                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7910
7911                 /*
7912                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7913                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7914                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7915                  */
7916                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7917
7918                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7919                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7920                         unsigned long size_pages;
7921
7922                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7923                         if (start_pfn >= end_pfn)
7924                                 continue;
7925
7926                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7927                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7928                                 unsigned long kernel_pages;
7929                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7930                                                                 - start_pfn;
7931
7932                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7933                                                         kernelcore_remaining);
7934                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7935                                                         required_kernelcore);
7936
7937                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7938                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7939
7940                                         /*
7941                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7942                                          * that if we have to rebalance
7943                                          * kernelcore across nodes, we will
7944                                          * not double account here
7945                                          */
7946                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7947                                         continue;
7948                                 }
7949                                 start_pfn = usable_startpfn;
7950                         }
7951
7952                         /*
7953                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7954                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7955                          * number of pages used as kernelcore
7956                          */
7957                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7958                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7959                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7960                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7961
7962                         /*
7963                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7964                          * break if the kernelcore for this node has been
7965                          * satisfied
7966                          */
7967                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7968                                                                 size_pages);
7969                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7970                         if (!kernelcore_remaining)
7971                                 break;
7972                 }
7973         }
7974
7975         /*
7976          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7977          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7978          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7979          * satisfied
7980          */
7981         usable_nodes--;
7982         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7983                 goto restart;
7984
7985 out2:
7986         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7987         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++) {
7988                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7989
7990                 zone_movable_pfn[nid] =
7991                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7992
7993                 get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7994                 if (zone_movable_pfn[nid] >= end_pfn)
7995                         zone_movable_pfn[nid] = 0;
7996         }
7997
7998 out:
7999         /* restore the node_state */
8000         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
8001 }
8002
8003 /* Any regular or high memory on that node ? */
8004 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
8005 {
8006         enum zone_type zone_type;
8007
8008         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
8009                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
8010                 if (populated_zone(zone)) {
8011                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
8012                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
8013                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
8014                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
8015                         break;
8016                 }
8017         }
8018 }
8019
8020 /*
8021  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
8022  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
8023  */
8024 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
8025 {
8026         return false;
8027 }
8028
8029 /**
8030  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
8031  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
8032  *
8033  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
8034  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
8035  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
8036  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
8037  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
8038  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
8039  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
8040  * at arch_max_dma_pfn.
8041  */
8042 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
8043 {
8044         unsigned long start_pfn, end_pfn;
8045         int i, nid, zone;
8046         bool descending;
8047
8048         /* Record where the zone boundaries are */
8049         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
8050                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
8051         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
8052                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
8053
8054         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
8055         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
8056
8057         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8058                 if (descending)
8059                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
8060                 else
8061                         zone = i;
8062
8063                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
8064                         continue;
8065
8066                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
8067                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
8068                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
8069
8070                 start_pfn = end_pfn;
8071         }
8072
8073         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8074         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
8075         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
8076
8077         /* Print out the zone ranges */
8078         pr_info("Zone ranges:\n");
8079         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8080                 if (i == ZONE_MOVABLE)
8081                         continue;
8082                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
8083                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
8084                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
8085                         pr_cont("empty\n");
8086                 else
8087                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
8088                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
8089                                         << PAGE_SHIFT,
8090                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
8091                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
8092         }
8093
8094         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8095         pr_info("Movable zone start for each node\n");
8096         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
8097                 if (zone_movable_pfn[i])
8098                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
8099                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
8100         }
8101
8102         /*
8103          * Print out the early node map, and initialize the
8104          * subsection-map relative to active online memory ranges to
8105          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
8106          */
8107         pr_info("Early memory node ranges\n");
8108         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8109                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
8110                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
8111                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
8112                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
8113         }
8114
8115         /* Initialise every node */
8116         mminit_verify_pageflags_layout();
8117         setup_nr_node_ids();
8118         for_each_node(nid) {
8119                 pg_data_t *pgdat;
8120
8121                 if (!node_online(nid)) {
8122                         pr_info("Initializing node %d as memoryless\n", nid);
8123
8124                         /* Allocator not initialized yet */
8125                         pgdat = arch_alloc_nodedata(nid);
8126                         if (!pgdat) {
8127                                 pr_err("Cannot allocate %zuB for node %d.\n",
8128                                                 sizeof(*pgdat), nid);
8129                                 continue;
8130                         }
8131                         arch_refresh_nodedata(nid, pgdat);
8132                         free_area_init_memoryless_node(nid);
8133
8134                         /*
8135                          * We do not want to confuse userspace by sysfs
8136                          * files/directories for node without any memory
8137                          * attached to it, so this node is not marked as
8138                          * N_MEMORY and not marked online so that no sysfs
8139                          * hierarchy will be created via register_one_node for
8140                          * it. The pgdat will get fully initialized by
8141                          * hotadd_init_pgdat() when memory is hotplugged into
8142                          * this node.
8143                          */
8144                         continue;
8145                 }
8146
8147                 pgdat = NODE_DATA(nid);
8148                 free_area_init_node(nid);
8149
8150                 /* Any memory on that node */
8151                 if (pgdat->node_present_pages)
8152                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8153                 check_for_memory(pgdat, nid);
8154         }
8155
8156         memmap_init();
8157 }
8158
8159 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8160                                      unsigned long *percent)
8161 {
8162         unsigned long long coremem;
8163         char *endptr;
8164
8165         if (!p)
8166                 return -EINVAL;
8167
8168         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8169         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8170         if (*endptr == '%') {
8171                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8172                 WARN_ON(coremem > 100);
8173
8174                 *percent = coremem;
8175         } else {
8176                 coremem = memparse(p, &p);
8177                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8178                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8179
8180                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8181                 *percent = 0UL;
8182         }
8183         return 0;
8184 }
8185
8186 /*
8187  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8188  * cannot be reclaimed or migrated.
8189  */
8190 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8191 {
8192         /* parse kernelcore=mirror */
8193         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8194                 mirrored_kernelcore = true;
8195                 return 0;
8196         }
8197
8198         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8199                                   &required_kernelcore_percent);
8200 }
8201
8202 /*
8203  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8204  * can be reclaimed or migrated.
8205  */
8206 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8207 {
8208         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8209                                   &required_movablecore_percent);
8210 }
8211
8212 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8213 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8214
8215 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8216 {
8217         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8218         totalram_pages_add(count);
8219 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8220         if (PageHighMem(page))
8221                 totalhigh_pages_add(count);
8222 #endif
8223 }
8224 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8225
8226 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8227 {
8228         void *pos;
8229         unsigned long pages = 0;
8230
8231         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8232         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8233         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8234                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8235                 void *direct_map_addr;
8236
8237                 /*
8238                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8239                  * because some architectures' virt_to_page()
8240                  * work with aliases.  Getting the direct map
8241                  * address ensures that we get a _writeable_
8242                  * alias for the memset().
8243                  */
8244                 direct_map_addr = page_address(page);
8245                 /*
8246                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8247                  * has not been initialized.
8248                  */
8249                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8250                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8251                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8252
8253                 free_reserved_page(page);
8254         }
8255
8256         if (pages && s)
8257                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
8258
8259         return pages;
8260 }
8261
8262 void __init mem_init_print_info(void)
8263 {
8264         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8265         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8266
8267         physpages = get_num_physpages();
8268         codesize = _etext - _stext;
8269         datasize = _edata - _sdata;
8270         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8271         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8272         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8273         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8274
8275         /*
8276          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8277          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8278          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8279          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8280          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8281          */
8282 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8283         do { \
8284                 if (&start[0] <= &pos[0] && &pos[0] < &end[0] && size > adj) \
8285                         size -= adj; \
8286         } while (0)
8287
8288         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8289                      _sinittext, init_code_size);
8290         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8291         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8292         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8293         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8294
8295 #undef  adj_init_size
8296
8297         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8298 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8299                 ", %luK highmem"
8300 #endif
8301                 ")\n",
8302                 K(nr_free_pages()), K(physpages),
8303                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
8304                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
8305                 K(physpages - totalram_pages() - totalcma_pages),
8306                 K(totalcma_pages)
8307 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8308                 , K(totalhigh_pages())
8309 #endif
8310                 );
8311 }
8312
8313 /**
8314  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8315  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8316  *
8317  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8318  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8319  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8320  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8321  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8322  * smaller per-cpu batchsize.
8323  */
8324 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8325 {
8326         dma_reserve = new_dma_reserve;
8327 }
8328
8329 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8330 {
8331         struct zone *zone;
8332
8333         lru_add_drain_cpu(cpu);
8334         drain_pages(cpu);
8335
8336         /*
8337          * Spill the event counters of the dead processor
8338          * into the current processors event counters.
8339          * This artificially elevates the count of the current
8340          * processor.
8341          */
8342         vm_events_fold_cpu(cpu);
8343
8344         /*
8345          * Zero the differential counters of the dead processor
8346          * so that the vm statistics are consistent.
8347          *
8348          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8349          * race with what we are doing.
8350          */
8351         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8352
8353         for_each_populated_zone(zone)
8354                 zone_pcp_update(zone, 0);
8355
8356         return 0;
8357 }
8358
8359 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8360 {
8361         struct zone *zone;
8362
8363         for_each_populated_zone(zone)
8364                 zone_pcp_update(zone, 1);
8365         return 0;
8366 }
8367
8368 #ifdef CONFIG_NUMA
8369 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8370
8371 static int __init set_hashdist(char *str)
8372 {
8373         if (!str)
8374                 return 0;
8375         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8376         return 1;
8377 }
8378 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8379 #endif
8380
8381 void __init page_alloc_init(void)
8382 {
8383         int ret;
8384
8385 #ifdef CONFIG_NUMA
8386         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8387                 hashdist = 0;
8388 #endif
8389
8390         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8391                                         "mm/page_alloc:pcp",
8392                                         page_alloc_cpu_online,
8393                                         page_alloc_cpu_dead);
8394         WARN_ON(ret < 0);
8395 }
8396
8397 /*
8398  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8399  *      or min_free_kbytes changes.
8400  */
8401 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8402 {
8403         struct pglist_data *pgdat;
8404         unsigned long reserve_pages = 0;
8405         enum zone_type i, j;
8406
8407         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8408
8409                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8410
8411                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8412                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8413                         long max = 0;
8414                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8415
8416                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8417                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8418                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8419                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8420                         }
8421
8422                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8423                         max += high_wmark_pages(zone);
8424
8425                         if (max > managed_pages)
8426                                 max = managed_pages;
8427
8428                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8429
8430                         reserve_pages += max;
8431                 }
8432         }
8433         totalreserve_pages = reserve_pages;
8434 }
8435
8436 /*
8437  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8438  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8439  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8440  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8441  */
8442 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8443 {
8444         struct pglist_data *pgdat;
8445         enum zone_type i, j;
8446
8447         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8448                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8449                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8450                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8451                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8452                         unsigned long managed_pages = 0;
8453
8454                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8455                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8456
8457                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8458
8459                                 if (clear)
8460                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8461                                 else
8462                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8463                         }
8464                 }
8465         }
8466
8467         /* update totalreserve_pages */
8468         calculate_totalreserve_pages();
8469 }
8470
8471 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8472 {
8473         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8474         unsigned long lowmem_pages = 0;
8475         struct zone *zone;
8476         unsigned long flags;
8477
8478         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8479         for_each_zone(zone) {
8480                 if (!is_highmem(zone))
8481                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8482         }
8483
8484         for_each_zone(zone) {
8485                 u64 tmp;
8486
8487                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8488                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8489                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8490                 if (is_highmem(zone)) {
8491                         /*
8492                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8493                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8494                          * value here.
8495                          *
8496                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8497                          * deltas control async page reclaim, and so should
8498                          * not be capped for highmem.
8499                          */
8500                         unsigned long min_pages;
8501
8502                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8503                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8504                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8505                 } else {
8506                         /*
8507                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8508                          * proportionate to the zone's size.
8509                          */
8510                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8511                 }
8512
8513                 /*
8514                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8515                  * scale factor in proportion to available memory, but
8516                  * ensure a minimum size on small systems.
8517                  */
8518                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8519                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8520                                       watermark_scale_factor, 10000));
8521
8522                 zone->watermark_boost = 0;
8523                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8524                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
8525                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
8526
8527                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8528         }
8529
8530         /* update totalreserve_pages */
8531         calculate_totalreserve_pages();
8532 }
8533
8534 /**
8535  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8536  * or when memory is hot-{added|removed}
8537  *
8538  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8539  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8540  */
8541 void setup_per_zone_wmarks(void)
8542 {
8543         struct zone *zone;
8544         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8545
8546         spin_lock(&lock);
8547         __setup_per_zone_wmarks();
8548         spin_unlock(&lock);
8549
8550         /*
8551          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8552          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8553          */
8554         for_each_zone(zone)
8555                 zone_pcp_update(zone, 0);
8556 }
8557
8558 /*
8559  * Initialise min_free_kbytes.
8560  *
8561  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8562  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8563  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8564  *
8565  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8566  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8567  *
8568  * which yields
8569  *
8570  * 16MB:        512k
8571  * 32MB:        724k
8572  * 64MB:        1024k
8573  * 128MB:       1448k
8574  * 256MB:       2048k
8575  * 512MB:       2896k
8576  * 1024MB:      4096k
8577  * 2048MB:      5792k
8578  * 4096MB:      8192k
8579  * 8192MB:      11584k
8580  * 16384MB:     16384k
8581  */
8582 void calculate_min_free_kbytes(void)
8583 {
8584         unsigned long lowmem_kbytes;
8585         int new_min_free_kbytes;
8586
8587         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8588         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8589
8590         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
8591                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
8592         else
8593                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8594                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8595
8596 }
8597
8598 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8599 {
8600         calculate_min_free_kbytes();
8601         setup_per_zone_wmarks();
8602         refresh_zone_stat_thresholds();
8603         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8604
8605 #ifdef CONFIG_NUMA
8606         setup_min_unmapped_ratio();
8607         setup_min_slab_ratio();
8608 #endif
8609
8610         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8611
8612         return 0;
8613 }
8614 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8615
8616 /*
8617  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8618  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8619  *      changes.
8620  */
8621 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8622                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8623 {
8624         int rc;
8625
8626         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8627         if (rc)
8628                 return rc;
8629
8630         if (write) {
8631                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8632                 setup_per_zone_wmarks();
8633         }
8634         return 0;
8635 }
8636
8637 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8638                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8639 {
8640         int rc;
8641
8642         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8643         if (rc)
8644                 return rc;
8645
8646         if (write)
8647                 setup_per_zone_wmarks();
8648
8649         return 0;
8650 }
8651
8652 #ifdef CONFIG_NUMA
8653 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8654 {
8655         pg_data_t *pgdat;
8656         struct zone *zone;
8657
8658         for_each_online_pgdat(pgdat)
8659                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8660
8661         for_each_zone(zone)
8662                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8663                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8664 }
8665
8666
8667 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8668                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8669 {
8670         int rc;
8671
8672         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8673         if (rc)
8674                 return rc;
8675
8676         setup_min_unmapped_ratio();
8677
8678         return 0;
8679 }
8680
8681 static void setup_min_slab_ratio(void)
8682 {
8683         pg_data_t *pgdat;
8684         struct zone *zone;
8685
8686         for_each_online_pgdat(pgdat)
8687                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8688
8689         for_each_zone(zone)
8690                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8691                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8692 }
8693
8694 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8695                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8696 {
8697         int rc;
8698
8699         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8700         if (rc)
8701                 return rc;
8702
8703         setup_min_slab_ratio();
8704
8705         return 0;
8706 }
8707 #endif
8708
8709 /*
8710  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8711  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8712  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8713  *
8714  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8715  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8716  * if in function of the boot time zone sizes.
8717  */
8718 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8719                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8720 {
8721         int i;
8722
8723         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8724
8725         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8726                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8727                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8728         }
8729
8730         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8731         return 0;
8732 }
8733
8734 /*
8735  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8736  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8737  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8738  */
8739 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
8740                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8741 {
8742         struct zone *zone;
8743         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
8744         int ret;
8745
8746         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8747         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
8748
8749         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8750         if (!write || ret < 0)
8751                 goto out;
8752
8753         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8754         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
8755             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
8756                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
8757                 ret = -EINVAL;
8758                 goto out;
8759         }
8760
8761         /* No change? */
8762         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
8763                 goto out;
8764
8765         for_each_populated_zone(zone)
8766                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
8767 out:
8768         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8769         return ret;
8770 }
8771
8772 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8773 /*
8774  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8775  * is not known to alloc_large_system_hash().
8776  */
8777 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8778 {
8779         return 0;
8780 }
8781 #endif
8782
8783 /*
8784  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8785  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8786  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8787  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8788  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8789  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8790  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8791  */
8792 #if __BITS_PER_LONG > 32
8793 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8794 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8795 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8796 #endif
8797
8798 /*
8799  * allocate a large system hash table from bootmem
8800  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8801  *   quantity of entries
8802  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8803  */
8804 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8805                                      unsigned long bucketsize,
8806                                      unsigned long numentries,
8807                                      int scale,
8808                                      int flags,
8809                                      unsigned int *_hash_shift,
8810                                      unsigned int *_hash_mask,
8811                                      unsigned long low_limit,
8812                                      unsigned long high_limit)
8813 {
8814         unsigned long long max = high_limit;
8815         unsigned long log2qty, size;
8816         void *table = NULL;
8817         gfp_t gfp_flags;
8818         bool virt;
8819         bool huge;
8820
8821         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8822         if (!numentries) {
8823                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8824                 numentries = nr_kernel_pages;
8825                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8826
8827                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8828                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8829                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8830
8831 #if __BITS_PER_LONG > 32
8832                 if (!high_limit) {
8833                         unsigned long adapt;
8834
8835                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8836                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8837                                 scale++;
8838                 }
8839 #endif
8840
8841                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8842                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8843                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8844                 else
8845                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8846
8847                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8848                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8849                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8850                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8851                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8852                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8853                                 BUG_ON(!numentries);
8854                         }
8855                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8856                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8857         }
8858         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8859
8860         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8861         if (max == 0) {
8862                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8863                 do_div(max, bucketsize);
8864         }
8865         max = min(max, 0x80000000ULL);
8866
8867         if (numentries < low_limit)
8868                 numentries = low_limit;
8869         if (numentries > max)
8870                 numentries = max;
8871
8872         log2qty = ilog2(numentries);
8873
8874         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8875         do {
8876                 virt = false;
8877                 size = bucketsize << log2qty;
8878                 if (flags & HASH_EARLY) {
8879                         if (flags & HASH_ZERO)
8880                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8881                         else
8882                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8883                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8884                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8885                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8886                         virt = true;
8887                         if (table)
8888                                 huge = is_vm_area_hugepages(table);
8889                 } else {
8890                         /*
8891                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8892                          * some pages at the end of hash table which
8893                          * alloc_pages_exact() automatically does
8894                          */
8895                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8896                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8897                 }
8898         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8899
8900         if (!table)
8901                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8902
8903         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8904                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8905                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
8906
8907         if (_hash_shift)
8908                 *_hash_shift = log2qty;
8909         if (_hash_mask)
8910                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8911
8912         return table;
8913 }
8914
8915 /*
8916  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8917  *
8918  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8919  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8920  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8921  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8922  *
8923  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8924  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8925  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8926  *
8927  */
8928 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8929                                  int migratetype, int flags)
8930 {
8931         unsigned long iter = 0;
8932         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8933         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8934
8935         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8936                 /*
8937                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8938                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8939                  * so consider them movable here.
8940                  */
8941                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8942                         return NULL;
8943
8944                 return page;
8945         }
8946
8947         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8948                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8949
8950                 /*
8951                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8952                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8953                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8954                  * specifying "movablecore".
8955                  */
8956                 if (PageReserved(page))
8957                         return page;
8958
8959                 /*
8960                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8961                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8962                  * is movable.
8963                  */
8964                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8965                         continue;
8966
8967                 /*
8968                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8969                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8970                  * We need not scan over tail pages because we don't
8971                  * handle each tail page individually in migration.
8972                  */
8973                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8974                         struct page *head = compound_head(page);
8975                         unsigned int skip_pages;
8976
8977                         if (PageHuge(page)) {
8978                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8979                                         return page;
8980                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8981                                 return page;
8982                         }
8983
8984                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8985                         iter += skip_pages - 1;
8986                         continue;
8987                 }
8988
8989                 /*
8990                  * We can't use page_count without pin a page
8991                  * because another CPU can free compound page.
8992                  * This check already skips compound tails of THP
8993                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8994                  */
8995                 if (!page_ref_count(page)) {
8996                         if (PageBuddy(page))
8997                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8998                         continue;
8999                 }
9000
9001                 /*
9002                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9003                  * page_count() is not 0.
9004                  */
9005                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
9006                         continue;
9007
9008                 /*
9009                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
9010                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
9011                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
9012                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
9013                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
9014                  * not support this, we will fail later when trying to actually
9015                  * move these pages that still have a reference count > 0.
9016                  * (false negatives in this function only)
9017                  */
9018                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
9019                         continue;
9020
9021                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
9022                         continue;
9023
9024                 /*
9025                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
9026                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
9027                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
9028                  */
9029                 return page;
9030         }
9031         return NULL;
9032 }
9033
9034 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
9035 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
9036 {
9037         return ALIGN_DOWN(pfn, MAX_ORDER_NR_PAGES);
9038 }
9039
9040 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
9041 {
9042         return ALIGN(pfn, MAX_ORDER_NR_PAGES);
9043 }
9044
9045 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
9046         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
9047 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
9048 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
9049 {
9050         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
9051
9052         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
9053                 struct page *page;
9054
9055                 dump_stack();
9056                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
9057                         dump_page(page, "migration failure");
9058         }
9059 }
9060 #else
9061 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
9062 {
9063 }
9064 #endif
9065
9066 /* [start, end) must belong to a single zone. */
9067 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
9068                                         unsigned long start, unsigned long end)
9069 {
9070         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
9071         unsigned int nr_reclaimed;
9072         unsigned long pfn = start;
9073         unsigned int tries = 0;
9074         int ret = 0;
9075         struct migration_target_control mtc = {
9076                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
9077                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
9078         };
9079
9080         lru_cache_disable();
9081
9082         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
9083                 if (fatal_signal_pending(current)) {
9084                         ret = -EINTR;
9085                         break;
9086                 }
9087
9088                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
9089                         cc->nr_migratepages = 0;
9090                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
9091                         if (ret && ret != -EAGAIN)
9092                                 break;
9093                         pfn = cc->migrate_pfn;
9094                         tries = 0;
9095                 } else if (++tries == 5) {
9096                         ret = -EBUSY;
9097                         break;
9098                 }
9099
9100                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
9101                                                         &cc->migratepages);
9102                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
9103
9104                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
9105                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
9106
9107                 /*
9108                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
9109                  * to retry again over this error, so do the same here.
9110                  */
9111                 if (ret == -ENOMEM)
9112                         break;
9113         }
9114
9115         lru_cache_enable();
9116         if (ret < 0) {
9117                 if (ret == -EBUSY)
9118                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
9119                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
9120                 return ret;
9121         }
9122         return 0;
9123 }
9124
9125 /**
9126  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
9127  * @start:      start PFN to allocate
9128  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
9129  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
9130  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
9131  *                      in range must have the same migratetype and it must
9132  *                      be either of the two.
9133  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
9134  *
9135  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
9136  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
9137  *
9138  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
9139  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
9140  * be modified by others.
9141  *
9142  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9143  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9144  * need to be freed with free_contig_range().
9145  */
9146 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9147                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9148 {
9149         unsigned long outer_start, outer_end;
9150         unsigned int order;
9151         int ret = 0;
9152
9153         struct compact_control cc = {
9154                 .nr_migratepages = 0,
9155                 .order = -1,
9156                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9157                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9158                 .ignore_skip_hint = true,
9159                 .no_set_skip_hint = true,
9160                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9161                 .alloc_contig = true,
9162         };
9163         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9164
9165         /*
9166          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9167          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9168          * have different sizes, and due to the way page allocator
9169          * work, we align the range to biggest of the two pages so
9170          * that page allocator won't try to merge buddies from
9171          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
9172          * other migration type.
9173          *
9174          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9175          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9176          * we are interested in).  This will put all the pages in
9177          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9178          *
9179          * When this is done, we take the pages in range from page
9180          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9181          * page allocator will never consider using them.
9182          *
9183          * This lets us mark the pageblocks back as
9184          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9185          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9186          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9187          */
9188
9189         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9190                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
9191         if (ret)
9192                 return ret;
9193
9194         drain_all_pages(cc.zone);
9195
9196         /*
9197          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9198          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9199          * which will report the busy page.
9200          *
9201          * It is possible that busy pages could become available before
9202          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9203          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9204          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9205          */
9206         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9207         if (ret && ret != -EBUSY)
9208                 goto done;
9209         ret = 0;
9210
9211         /*
9212          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
9213          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9214          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9215          * What we are going to do is to allocate all pages from
9216          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9217          *
9218          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9219          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9220          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9221          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9222          * once this is done free the pages we are not interested in.
9223          *
9224          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9225          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9226          */
9227
9228         order = 0;
9229         outer_start = start;
9230         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9231                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9232                         outer_start = start;
9233                         break;
9234                 }
9235                 outer_start &= ~0UL << order;
9236         }
9237
9238         if (outer_start != start) {
9239                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9240
9241                 /*
9242                  * outer_start page could be small order buddy page and
9243                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9244                  * in this case to report failed page properly
9245                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9246                  */
9247                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9248                         outer_start = start;
9249         }
9250
9251         /* Make sure the range is really isolated. */
9252         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9253                 ret = -EBUSY;
9254                 goto done;
9255         }
9256
9257         /* Grab isolated pages from freelists. */
9258         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9259         if (!outer_end) {
9260                 ret = -EBUSY;
9261                 goto done;
9262         }
9263
9264         /* Free head and tail (if any) */
9265         if (start != outer_start)
9266                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9267         if (end != outer_end)
9268                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9269
9270 done:
9271         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9272                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
9273         return ret;
9274 }
9275 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9276
9277 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9278                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9279 {
9280         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9281
9282         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9283                                   gfp_mask);
9284 }
9285
9286 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9287                                    unsigned long nr_pages)
9288 {
9289         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9290         struct page *page;
9291
9292         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9293                 page = pfn_to_online_page(i);
9294                 if (!page)
9295                         return false;
9296
9297                 if (page_zone(page) != z)
9298                         return false;
9299
9300                 if (PageReserved(page))
9301                         return false;
9302         }
9303         return true;
9304 }
9305
9306 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9307                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9308 {
9309         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9310
9311         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9312 }
9313
9314 /**
9315  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9316  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9317  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9318  * @nid:        Target node
9319  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9320  *
9321  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9322  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9323  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9324  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9325  *
9326  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9327  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
9328  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9329  *
9330  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9331  * __free_page() on each allocated page.
9332  *
9333  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9334  */
9335 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9336                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9337 {
9338         unsigned long ret, pfn, flags;
9339         struct zonelist *zonelist;
9340         struct zone *zone;
9341         struct zoneref *z;
9342
9343         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9344         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9345                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9346                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9347
9348                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9349                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9350                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9351                                 /*
9352                                  * We release the zone lock here because
9353                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9354                                  * at some point. If there's an allocation
9355                                  * spinning on this lock, it may win the race
9356                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9357                                  */
9358                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9359                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9360                                                         gfp_mask);
9361                                 if (!ret)
9362                                         return pfn_to_page(pfn);
9363                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9364                         }
9365                         pfn += nr_pages;
9366                 }
9367                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9368         }
9369         return NULL;
9370 }
9371 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9372
9373 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9374 {
9375         unsigned long count = 0;
9376
9377         for (; nr_pages--; pfn++) {
9378                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9379
9380                 count += page_count(page) != 1;
9381                 __free_page(page);
9382         }
9383         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9384 }
9385 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9386
9387 /*
9388  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
9389  * page high values need to be recalculated.
9390  */
9391 void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
9392 {
9393         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9394         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
9395         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9396 }
9397
9398 /*
9399  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9400  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9401  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9402  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9403  *
9404  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9405  */
9406 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9407 {
9408         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9409         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9410         __drain_all_pages(zone, true);
9411 }
9412
9413 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9414 {
9415         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9416         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9417 }
9418
9419 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9420 {
9421         int cpu;
9422         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9423
9424         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9425                 for_each_online_cpu(cpu) {
9426                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9427                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9428                 }
9429                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9430                 free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9431                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9432                 zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9433         }
9434 }
9435
9436 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9437 /*
9438  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9439  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9440  */
9441 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9442 {
9443         unsigned long pfn = start_pfn;
9444         struct page *page;
9445         struct zone *zone;
9446         unsigned int order;
9447         unsigned long flags;
9448
9449         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9450         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9451         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9452         while (pfn < end_pfn) {
9453                 page = pfn_to_page(pfn);
9454                 /*
9455                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9456                  * page_count() is not 0.
9457                  */
9458                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9459                         pfn++;
9460                         continue;
9461                 }
9462                 /*
9463                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9464                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9465                  */
9466                 if (PageOffline(page)) {
9467                         BUG_ON(page_count(page));
9468                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9469                         pfn++;
9470                         continue;
9471                 }
9472
9473                 BUG_ON(page_count(page));
9474                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9475                 order = buddy_order(page);
9476                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9477                 pfn += (1 << order);
9478         }
9479         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9480 }
9481 #endif
9482
9483 /*
9484  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
9485  */
9486 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9487 {
9488         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9489         unsigned int order;
9490
9491         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9492                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9493
9494                 if (PageBuddy(page_head) &&
9495                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
9496                         break;
9497         }
9498
9499         return order < MAX_ORDER;
9500 }
9501 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
9502
9503 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9504 /*
9505  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9506  * buddy allocator.
9507  */
9508 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9509                                    struct page *target, int low, int high,
9510                                    int migratetype)
9511 {
9512         unsigned long size = 1 << high;
9513         struct page *current_buddy, *next_page;
9514
9515         while (high > low) {
9516                 high--;
9517                 size >>= 1;
9518
9519                 if (target >= &page[size]) {
9520                         next_page = page + size;
9521                         current_buddy = page;
9522                 } else {
9523                         next_page = page;
9524                         current_buddy = page + size;
9525                 }
9526
9527                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9528                         continue;
9529
9530                 if (current_buddy != target) {
9531                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9532                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9533                         page = next_page;
9534                 }
9535         }
9536 }
9537
9538 /*
9539  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9540  */
9541 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9542 {
9543         struct zone *zone = page_zone(page);
9544         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9545         unsigned long flags;
9546         unsigned int order;
9547         bool ret = false;
9548
9549         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9550         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9551                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9552                 int page_order = buddy_order(page_head);
9553
9554                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9555                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9556                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9557                                                                    pfn_head);
9558
9559                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9560                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9561                                                 page_order, migratetype);
9562                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
9563                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9564                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9565                         ret = true;
9566                         break;
9567                 }
9568                 if (page_count(page_head) > 0)
9569                         break;
9570         }
9571         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9572         return ret;
9573 }
9574
9575 /*
9576  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
9577  */
9578 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
9579 {
9580         struct zone *zone = page_zone(page);
9581         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9582         unsigned long flags;
9583         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
9584         bool ret = false;
9585
9586         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9587         if (put_page_testzero(page)) {
9588                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
9589                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
9590                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
9591                         num_poisoned_pages_dec();
9592                         ret = true;
9593                 }
9594         }
9595         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9596
9597         return ret;
9598 }
9599 #endif
9600
9601 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
9602 bool has_managed_dma(void)
9603 {
9604         struct pglist_data *pgdat;
9605
9606         for_each_online_pgdat(pgdat) {
9607                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
9608
9609                 if (managed_zone(zone))
9610                         return true;
9611         }
9612         return false;
9613 }
9614 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */