Merge tag 'for-linus-5.9-rc2-tag' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git...
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/sched/mm.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67 #include <linux/ftrace.h>
68 #include <linux/lockdep.h>
69 #include <linux/nmi.h>
70 #include <linux/psi.h>
71 #include <linux/padata.h>
72
73 #include <asm/sections.h>
74 #include <asm/tlbflush.h>
75 #include <asm/div64.h>
76 #include "internal.h"
77 #include "shuffle.h"
78 #include "page_reporting.h"
79
80 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
81 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
82 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
83
84 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
85 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
86 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
87 #endif
88
89 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
90
91 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
92 /*
93  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
94  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
95  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
96  * defined in <linux/topology.h>.
97  */
98 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
99 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
100 #endif
101
102 /* work_structs for global per-cpu drains */
103 struct pcpu_drain {
104         struct zone *zone;
105         struct work_struct work;
106 };
107 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
108 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
109
110 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
111 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
112 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
113 #endif
114
115 /*
116  * Array of node states.
117  */
118 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
119         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
120         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
121 #ifndef CONFIG_NUMA
122         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
123 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
124         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
125 #endif
126         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
127         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
128 #endif  /* NUMA */
129 };
130 EXPORT_SYMBOL(node_states);
131
132 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
133 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
134 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
135 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
136
137 int percpu_pagelist_fraction;
138 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
139 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
140 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
141 #else
142 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
143 #endif
144 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
145
146 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
147 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
148 #else
149 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
150 #endif
151 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
152
153 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
154 {
155         int ret;
156         bool bool_result;
157
158         if (!buf)
159                 return -EINVAL;
160         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
161         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
162                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
163         if (bool_result)
164                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
165         else
166                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
167         return ret;
168 }
169 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
170
171 static int __init early_init_on_free(char *buf)
172 {
173         int ret;
174         bool bool_result;
175
176         if (!buf)
177                 return -EINVAL;
178         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
179         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
180                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
181         if (bool_result)
182                 static_branch_enable(&init_on_free);
183         else
184                 static_branch_disable(&init_on_free);
185         return ret;
186 }
187 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
188
189 /*
190  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
191  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
192  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
193  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
194  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
195  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
196  */
197 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
198 {
199         return page->index;
200 }
201
202 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
203 {
204         page->index = migratetype;
205 }
206
207 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
208 /*
209  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
210  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
211  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
212  * they should always be called with system_transition_mutex held
213  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
214  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
215  * with that modification).
216  */
217
218 static gfp_t saved_gfp_mask;
219
220 void pm_restore_gfp_mask(void)
221 {
222         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
223         if (saved_gfp_mask) {
224                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
225                 saved_gfp_mask = 0;
226         }
227 }
228
229 void pm_restrict_gfp_mask(void)
230 {
231         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
232         WARN_ON(saved_gfp_mask);
233         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
234         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
235 }
236
237 bool pm_suspended_storage(void)
238 {
239         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
240                 return false;
241         return true;
242 }
243 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
244
245 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
246 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
247 #endif
248
249 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
250
251 /*
252  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
253  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
254  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
255  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
256  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
257  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
258  *
259  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
260  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
261  */
262 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
263 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
264         [ZONE_DMA] = 256,
265 #endif
266 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
267         [ZONE_DMA32] = 256,
268 #endif
269         [ZONE_NORMAL] = 32,
270 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
271         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
272 #endif
273         [ZONE_MOVABLE] = 0,
274 };
275
276 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
277 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
278          "DMA",
279 #endif
280 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
281          "DMA32",
282 #endif
283          "Normal",
284 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
285          "HighMem",
286 #endif
287          "Movable",
288 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
289          "Device",
290 #endif
291 };
292
293 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
294         "Unmovable",
295         "Movable",
296         "Reclaimable",
297         "HighAtomic",
298 #ifdef CONFIG_CMA
299         "CMA",
300 #endif
301 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
302         "Isolate",
303 #endif
304 };
305
306 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
307         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
308         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
309 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
310         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
311 #endif
312 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
313         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
314 #endif
315 };
316
317 int min_free_kbytes = 1024;
318 int user_min_free_kbytes = -1;
319 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
320 /*
321  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
322  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
323  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
324  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
325  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
326  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
327  * fragmentation avoidance.
328  */
329 int watermark_boost_factor __read_mostly;
330 #else
331 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
332 #endif
333 int watermark_scale_factor = 10;
334
335 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
336 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
337 static unsigned long dma_reserve __initdata;
338
339 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
340 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
341 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
342 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
343 static unsigned long required_movablecore __initdata;
344 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
345 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
346 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
347
348 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
349 int movable_zone;
350 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
351
352 #if MAX_NUMNODES > 1
353 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
354 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
355 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
356 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
357 #endif
358
359 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
360
361 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
362 /*
363  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
364  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
365  * and we can permanently disable that path.
366  */
367 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
368
369 /*
370  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
371  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
372  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
373  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
374  *
375  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
376  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
377  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
378  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
379  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
380  * initialization is done, but this is not likely to happen.
381  */
382 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
383 {
384         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
385                 kasan_free_pages(page, order);
386 }
387
388 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
389 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
390 {
391         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
392
393         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
394                 return true;
395
396         return false;
397 }
398
399 /*
400  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
401  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
402  */
403 static bool __meminit
404 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
405 {
406         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
407
408         /*
409          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
410          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
411          */
412         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
413                 prev_end_pfn = end_pfn;
414                 nr_initialised = 0;
415         }
416
417         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
418         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
419                 return false;
420
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 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
435
436 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
437 {
438         return false;
439 }
440
441 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
442 {
443         return false;
444 }
445 #endif
446
447 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
448 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
449                                                         unsigned long pfn)
450 {
451 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
452         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
453 #else
454         return page_zone(page)->pageblock_flags;
455 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
456 }
457
458 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
459 {
460 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
461         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
462 #else
463         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
464 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
465         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
466 }
467
468 /**
469  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
470  * @page: The page within the block of interest
471  * @pfn: The target page frame number
472  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
473  *
474  * Return: pageblock_bits flags
475  */
476 static __always_inline
477 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
478                                         unsigned long pfn,
479                                         unsigned long mask)
480 {
481         unsigned long *bitmap;
482         unsigned long bitidx, word_bitidx;
483         unsigned long word;
484
485         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
486         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
487         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
488         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
489
490         word = bitmap[word_bitidx];
491         return (word >> bitidx) & mask;
492 }
493
494 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
495                                         unsigned long mask)
496 {
497         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
498 }
499
500 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
501 {
502         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
503 }
504
505 /**
506  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
507  * @page: The page within the block of interest
508  * @flags: The flags to set
509  * @pfn: The target page frame number
510  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
511  */
512 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
513                                         unsigned long pfn,
514                                         unsigned long mask)
515 {
516         unsigned long *bitmap;
517         unsigned long bitidx, word_bitidx;
518         unsigned long old_word, word;
519
520         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
521         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
522
523         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
524         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
525         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
526         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
527
528         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
529
530         mask <<= bitidx;
531         flags <<= bitidx;
532
533         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
534         for (;;) {
535                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
536                 if (word == old_word)
537                         break;
538                 word = old_word;
539         }
540 }
541
542 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
543 {
544         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
545                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
546                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
547
548         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
549                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
550 }
551
552 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
553 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
554 {
555         int ret = 0;
556         unsigned seq;
557         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
558         unsigned long sp, start_pfn;
559
560         do {
561                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
562                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
563                 sp = zone->spanned_pages;
564                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
565                         ret = 1;
566         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
567
568         if (ret)
569                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
570                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
571                         start_pfn, start_pfn + sp);
572
573         return ret;
574 }
575
576 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
577 {
578         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
579                 return 0;
580         if (zone != page_zone(page))
581                 return 0;
582
583         return 1;
584 }
585 /*
586  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
587  */
588 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
589 {
590         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
591                 return 1;
592         if (!page_is_consistent(zone, page))
593                 return 1;
594
595         return 0;
596 }
597 #else
598 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
599 {
600         return 0;
601 }
602 #endif
603
604 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
605 {
606         static unsigned long resume;
607         static unsigned long nr_shown;
608         static unsigned long nr_unshown;
609
610         /*
611          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
612          * or allow a steady drip of one report per second.
613          */
614         if (nr_shown == 60) {
615                 if (time_before(jiffies, resume)) {
616                         nr_unshown++;
617                         goto out;
618                 }
619                 if (nr_unshown) {
620                         pr_alert(
621                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
622                                 nr_unshown);
623                         nr_unshown = 0;
624                 }
625                 nr_shown = 0;
626         }
627         if (nr_shown++ == 0)
628                 resume = jiffies + 60 * HZ;
629
630         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
631                 current->comm, page_to_pfn(page));
632         __dump_page(page, reason);
633         dump_page_owner(page);
634
635         print_modules();
636         dump_stack();
637 out:
638         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
639         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
640         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
641 }
642
643 /*
644  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
645  *
646  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
647  *
648  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
649  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
650  *
651  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
652  * page destructors. See compound_page_dtors.
653  *
654  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
655  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
656  */
657
658 void free_compound_page(struct page *page)
659 {
660         mem_cgroup_uncharge(page);
661         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
662 }
663
664 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
665 {
666         int i;
667         int nr_pages = 1 << order;
668
669         __SetPageHead(page);
670         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
671                 struct page *p = page + i;
672                 set_page_count(p, 0);
673                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
674                 set_compound_head(p, page);
675         }
676
677         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
678         set_compound_order(page, order);
679         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
680         if (hpage_pincount_available(page))
681                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
682 }
683
684 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
685 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
686
687 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
688                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
689 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
690 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
691 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
692
693 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
694
695 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
696 {
697         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
698 }
699 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
700
701 void init_debug_pagealloc(void)
702 {
703         if (!debug_pagealloc_enabled())
704                 return;
705
706         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
707
708         if (!debug_guardpage_minorder())
709                 return;
710
711         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
712 }
713
714 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
715 {
716         unsigned long res;
717
718         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
719                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
720                 return 0;
721         }
722         _debug_guardpage_minorder = res;
723         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
724         return 0;
725 }
726 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
727
728 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
729                                 unsigned int order, int migratetype)
730 {
731         if (!debug_guardpage_enabled())
732                 return false;
733
734         if (order >= debug_guardpage_minorder())
735                 return false;
736
737         __SetPageGuard(page);
738         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
739         set_page_private(page, order);
740         /* Guard pages are not available for any usage */
741         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
742
743         return true;
744 }
745
746 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
747                                 unsigned int order, int migratetype)
748 {
749         if (!debug_guardpage_enabled())
750                 return;
751
752         __ClearPageGuard(page);
753
754         set_page_private(page, 0);
755         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
756                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
757 }
758 #else
759 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
760                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
761 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
762                                 unsigned int order, int migratetype) {}
763 #endif
764
765 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
766 {
767         set_page_private(page, order);
768         __SetPageBuddy(page);
769 }
770
771 /*
772  * This function checks whether a page is free && is the buddy
773  * we can coalesce a page and its buddy if
774  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
775  * (b) the buddy is in the buddy system &&
776  * (c) a page and its buddy have the same order &&
777  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
778  *
779  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
780  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
781  *
782  * For recording page's order, we use page_private(page).
783  */
784 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
785                                                         unsigned int order)
786 {
787         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
788                 return false;
789
790         if (page_order(buddy) != order)
791                 return false;
792
793         /*
794          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
795          * zone/node ids for pages that could never merge.
796          */
797         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
798                 return false;
799
800         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
801
802         return true;
803 }
804
805 #ifdef CONFIG_COMPACTION
806 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
807 {
808         struct capture_control *capc = current->capture_control;
809
810         return unlikely(capc) &&
811                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
812                 !capc->page &&
813                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
814 }
815
816 static inline bool
817 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
818                    int order, int migratetype)
819 {
820         if (!capc || order != capc->cc->order)
821                 return false;
822
823         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
824         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
825             is_migrate_isolate(migratetype))
826                 return false;
827
828         /*
829          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
830          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
831          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
832          * have trouble finding a high-order free page.
833          */
834         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
835                 return false;
836
837         capc->page = page;
838         return true;
839 }
840
841 #else
842 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
843 {
844         return NULL;
845 }
846
847 static inline bool
848 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
849                    int order, int migratetype)
850 {
851         return false;
852 }
853 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
854
855 /* Used for pages not on another list */
856 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
857                                     unsigned int order, int migratetype)
858 {
859         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
860
861         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
862         area->nr_free++;
863 }
864
865 /* Used for pages not on another list */
866 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
867                                          unsigned int order, int migratetype)
868 {
869         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
870
871         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
872         area->nr_free++;
873 }
874
875 /* Used for pages which are on another list */
876 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
877                                      unsigned int order, int migratetype)
878 {
879         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
880
881         list_move(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
882 }
883
884 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
885                                            unsigned int order)
886 {
887         /* clear reported state and update reported page count */
888         if (page_reported(page))
889                 __ClearPageReported(page);
890
891         list_del(&page->lru);
892         __ClearPageBuddy(page);
893         set_page_private(page, 0);
894         zone->free_area[order].nr_free--;
895 }
896
897 /*
898  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
899  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
900  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
901  * that is happening, add the free page to the tail of the list
902  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
903  * as a higher order page
904  */
905 static inline bool
906 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
907                    struct page *page, unsigned int order)
908 {
909         struct page *higher_page, *higher_buddy;
910         unsigned long combined_pfn;
911
912         if (order >= MAX_ORDER - 2)
913                 return false;
914
915         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
916                 return false;
917
918         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
919         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
920         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
921         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
922
923         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
924                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
925 }
926
927 /*
928  * Freeing function for a buddy system allocator.
929  *
930  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
931  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
932  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
933  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
934  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
935  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
936  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
937  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
938  * parts of the VM system.
939  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
940  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
941  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
942  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
943  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
944  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
945  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
946  * triggers coalescing into a block of larger size.
947  *
948  * -- nyc
949  */
950
951 static inline void __free_one_page(struct page *page,
952                 unsigned long pfn,
953                 struct zone *zone, unsigned int order,
954                 int migratetype, bool report)
955 {
956         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
957         unsigned long buddy_pfn;
958         unsigned long combined_pfn;
959         unsigned int max_order;
960         struct page *buddy;
961         bool to_tail;
962
963         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
964
965         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
966         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
967
968         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
969         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
970                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
971
972         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
973         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
974
975 continue_merging:
976         while (order < max_order - 1) {
977                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
978                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
979                                                                 migratetype);
980                         return;
981                 }
982                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
983                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
984
985                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
986                         goto done_merging;
987                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
988                         goto done_merging;
989                 /*
990                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
991                  * merge with it and move up one order.
992                  */
993                 if (page_is_guard(buddy))
994                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
995                 else
996                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
997                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
998                 page = page + (combined_pfn - pfn);
999                 pfn = combined_pfn;
1000                 order++;
1001         }
1002         if (max_order < MAX_ORDER) {
1003                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1004                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1005                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1006                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1007                  *
1008                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1009                  * low-order merging.
1010                  */
1011                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1012                         int buddy_mt;
1013
1014                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1015                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1016                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1017
1018                         if (migratetype != buddy_mt
1019                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1020                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1021                                 goto done_merging;
1022                 }
1023                 max_order++;
1024                 goto continue_merging;
1025         }
1026
1027 done_merging:
1028         set_page_order(page, order);
1029
1030         if (is_shuffle_order(order))
1031                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1032         else
1033                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1034
1035         if (to_tail)
1036                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1037         else
1038                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1039
1040         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1041         if (report)
1042                 page_reporting_notify_free(order);
1043 }
1044
1045 /*
1046  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1047  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1048  * check if necessary.
1049  */
1050 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1051                                         unsigned long check_flags)
1052 {
1053         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1054                 return false;
1055
1056         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1057                         page_ref_count(page) |
1058 #ifdef CONFIG_MEMCG
1059                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1060 #endif
1061                         (page->flags & check_flags)))
1062                 return false;
1063
1064         return true;
1065 }
1066
1067 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1068 {
1069         const char *bad_reason = NULL;
1070
1071         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1072                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1073         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1074                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1075         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1076                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1077         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1078                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1079                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1080                 else
1081                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1082         }
1083 #ifdef CONFIG_MEMCG
1084         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1085                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1086 #endif
1087         return bad_reason;
1088 }
1089
1090 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1091 {
1092         bad_page(page,
1093                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1094 }
1095
1096 static inline int check_free_page(struct page *page)
1097 {
1098         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1099                 return 0;
1100
1101         /* Something has gone sideways, find it */
1102         check_free_page_bad(page);
1103         return 1;
1104 }
1105
1106 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1107 {
1108         int ret = 1;
1109
1110         /*
1111          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1112          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1113          */
1114         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1115
1116         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1117                 ret = 0;
1118                 goto out;
1119         }
1120         switch (page - head_page) {
1121         case 1:
1122                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1123                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1124                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1125                         goto out;
1126                 }
1127                 break;
1128         case 2:
1129                 /*
1130                  * the second tail page: ->mapping is
1131                  * deferred_list.next -- ignore value.
1132                  */
1133                 break;
1134         default:
1135                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1136                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1137                         goto out;
1138                 }
1139                 break;
1140         }
1141         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1142                 bad_page(page, "PageTail not set");
1143                 goto out;
1144         }
1145         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1146                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1147                 goto out;
1148         }
1149         ret = 0;
1150 out:
1151         page->mapping = NULL;
1152         clear_compound_head(page);
1153         return ret;
1154 }
1155
1156 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1157 {
1158         int i;
1159
1160         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1161         kasan_disable_current();
1162         for (i = 0; i < numpages; i++)
1163                 clear_highpage(page + i);
1164         kasan_enable_current();
1165 }
1166
1167 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1168                                         unsigned int order, bool check_free)
1169 {
1170         int bad = 0;
1171
1172         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1173
1174         trace_mm_page_free(page, order);
1175
1176         /*
1177          * Check tail pages before head page information is cleared to
1178          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1179          */
1180         if (unlikely(order)) {
1181                 bool compound = PageCompound(page);
1182                 int i;
1183
1184                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1185
1186                 if (compound)
1187                         ClearPageDoubleMap(page);
1188                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1189                         if (compound)
1190                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1191                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1192                                 bad++;
1193                                 continue;
1194                         }
1195                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1196                 }
1197         }
1198         if (PageMappingFlags(page))
1199                 page->mapping = NULL;
1200         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1201                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1202         if (check_free)
1203                 bad += check_free_page(page);
1204         if (bad)
1205                 return false;
1206
1207         page_cpupid_reset_last(page);
1208         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1209         reset_page_owner(page, order);
1210
1211         if (!PageHighMem(page)) {
1212                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1213                                            PAGE_SIZE << order);
1214                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1215                                            PAGE_SIZE << order);
1216         }
1217         if (want_init_on_free())
1218                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1219
1220         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1221         /*
1222          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1223          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1224          * happen after this.
1225          */
1226         arch_free_page(page, order);
1227
1228         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1229                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1230
1231         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1232
1233         return true;
1234 }
1235
1236 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1237 /*
1238  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1239  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1240  * moved from pcp lists to free lists.
1241  */
1242 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1243 {
1244         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1245 }
1246
1247 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1248 {
1249         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1250                 return check_free_page(page);
1251         else
1252                 return false;
1253 }
1254 #else
1255 /*
1256  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1257  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1258  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1259  * to the pcp lists.
1260  */
1261 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1262 {
1263         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1264                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1265         else
1266                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1267 }
1268
1269 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1270 {
1271         return check_free_page(page);
1272 }
1273 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1274
1275 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1276 {
1277         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1278         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1279         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1280
1281         prefetch(buddy);
1282 }
1283
1284 /*
1285  * Frees a number of pages from the PCP lists
1286  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1287  * count is the number of pages to free.
1288  *
1289  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1290  * see if this freeing clears that state.
1291  *
1292  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1293  * pinned" detection logic.
1294  */
1295 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1296                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1297 {
1298         int migratetype = 0;
1299         int batch_free = 0;
1300         int prefetch_nr = 0;
1301         bool isolated_pageblocks;
1302         struct page *page, *tmp;
1303         LIST_HEAD(head);
1304
1305         while (count) {
1306                 struct list_head *list;
1307
1308                 /*
1309                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1310                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1311                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1312                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1313                  * lists
1314                  */
1315                 do {
1316                         batch_free++;
1317                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1318                                 migratetype = 0;
1319                         list = &pcp->lists[migratetype];
1320                 } while (list_empty(list));
1321
1322                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1323                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1324                         batch_free = count;
1325
1326                 do {
1327                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1328                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1329                         list_del(&page->lru);
1330                         pcp->count--;
1331
1332                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1333                                 continue;
1334
1335                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1336
1337                         /*
1338                          * We are going to put the page back to the global
1339                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1340                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1341                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1342                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1343                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1344                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1345                          */
1346                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1347                                 prefetch_buddy(page);
1348                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1349         }
1350
1351         spin_lock(&zone->lock);
1352         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1353
1354         /*
1355          * Use safe version since after __free_one_page(),
1356          * page->lru.next will not point to original list.
1357          */
1358         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1359                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1360                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1361                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1362                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1363                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1364                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1365
1366                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt, true);
1367                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1368         }
1369         spin_unlock(&zone->lock);
1370 }
1371
1372 static void free_one_page(struct zone *zone,
1373                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1374                                 unsigned int order,
1375                                 int migratetype)
1376 {
1377         spin_lock(&zone->lock);
1378         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1379                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1380                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1381         }
1382         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, true);
1383         spin_unlock(&zone->lock);
1384 }
1385
1386 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1387                                 unsigned long zone, int nid)
1388 {
1389         mm_zero_struct_page(page);
1390         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1391         init_page_count(page);
1392         page_mapcount_reset(page);
1393         page_cpupid_reset_last(page);
1394         page_kasan_tag_reset(page);
1395
1396         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1397 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1398         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1399         if (!is_highmem_idx(zone))
1400                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1401 #endif
1402 }
1403
1404 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1405 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1406 {
1407         pg_data_t *pgdat;
1408         int nid, zid;
1409
1410         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1411                 return;
1412
1413         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1414         pgdat = NODE_DATA(nid);
1415
1416         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1417                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1418
1419                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1420                         break;
1421         }
1422         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1423 }
1424 #else
1425 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1426 {
1427 }
1428 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1429
1430 /*
1431  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1432  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1433  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1434  * sent to the buddy page allocator.
1435  */
1436 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1437 {
1438         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1439         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1440
1441         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1442                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1443                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1444
1445                         init_reserved_page(start_pfn);
1446
1447                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1448                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1449
1450                         /*
1451                          * no need for atomic set_bit because the struct
1452                          * page is not visible yet so nobody should
1453                          * access it yet.
1454                          */
1455                         __SetPageReserved(page);
1456                 }
1457         }
1458 }
1459
1460 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1461 {
1462         unsigned long flags;
1463         int migratetype;
1464         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1465
1466         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1467                 return;
1468
1469         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1470         local_irq_save(flags);
1471         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1472         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1473         local_irq_restore(flags);
1474 }
1475
1476 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1477 {
1478         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1479         struct page *p = page;
1480         unsigned int loop;
1481
1482         prefetchw(p);
1483         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1484                 prefetchw(p + 1);
1485                 __ClearPageReserved(p);
1486                 set_page_count(p, 0);
1487         }
1488         __ClearPageReserved(p);
1489         set_page_count(p, 0);
1490
1491         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1492         set_page_refcounted(page);
1493         __free_pages(page, order);
1494 }
1495
1496 #ifdef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
1497
1498 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1499
1500 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
1501
1502 /*
1503  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1504  */
1505 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1506                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1507 {
1508         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1509         int nid;
1510
1511         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1512                 return state->last_nid;
1513
1514         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1515         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1516                 state->last_start = start_pfn;
1517                 state->last_end = end_pfn;
1518                 state->last_nid = nid;
1519         }
1520
1521         return nid;
1522 }
1523 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
1524
1525 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1526 {
1527         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1528         int nid;
1529
1530         spin_lock(&early_pfn_lock);
1531         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1532         if (nid < 0)
1533                 nid = first_online_node;
1534         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1535
1536         return nid;
1537 }
1538 #endif /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1539
1540 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1541                                                         unsigned int order)
1542 {
1543         if (early_page_uninitialised(pfn))
1544                 return;
1545         __free_pages_core(page, order);
1546 }
1547
1548 /*
1549  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1550  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1551  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1552  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1553  * pageblocks.
1554  *
1555  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1556  *
1557  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1558  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1559  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1560  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1561  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1562  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1563  * page in a pageblock.
1564  */
1565 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1566                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1567 {
1568         struct page *start_page;
1569         struct page *end_page;
1570
1571         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1572         end_pfn--;
1573
1574         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1575                 return NULL;
1576
1577         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1578         if (!start_page)
1579                 return NULL;
1580
1581         if (page_zone(start_page) != zone)
1582                 return NULL;
1583
1584         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1585
1586         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1587         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1588                 return NULL;
1589
1590         return start_page;
1591 }
1592
1593 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1594 {
1595         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1596         unsigned long block_end_pfn;
1597
1598         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1599         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1600                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1601                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1602
1603                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1604
1605                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1606                                              block_end_pfn, zone))
1607                         return;
1608                 cond_resched();
1609         }
1610
1611         /* We confirm that there is no hole */
1612         zone->contiguous = true;
1613 }
1614
1615 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1616 {
1617         zone->contiguous = false;
1618 }
1619
1620 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1621 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1622                                        unsigned long nr_pages)
1623 {
1624         struct page *page;
1625         unsigned long i;
1626
1627         if (!nr_pages)
1628                 return;
1629
1630         page = pfn_to_page(pfn);
1631
1632         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1633         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1634             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1635                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1636                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1637                 return;
1638         }
1639
1640         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1641                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1642                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1643                 __free_pages_core(page, 0);
1644         }
1645 }
1646
1647 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1648 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1649 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1650
1651 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1652 {
1653         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1654                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1655 }
1656
1657 /*
1658  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1659  *
1660  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1661  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1662  * function is optimized out.
1663  *
1664  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1665  * of the head pfn.
1666  */
1667 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1668 {
1669         if (!pfn_valid_within(pfn))
1670                 return false;
1671         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1672                 return false;
1673         return true;
1674 }
1675
1676 /*
1677  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1678  * pageblock_nr_pages sizes.
1679  */
1680 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1681                                        unsigned long end_pfn)
1682 {
1683         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1684         unsigned long nr_free = 0;
1685
1686         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1687                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1688                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1689                         nr_free = 0;
1690                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1691                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1692                         nr_free = 1;
1693                 } else {
1694                         nr_free++;
1695                 }
1696         }
1697         /* Free the last block of pages to allocator */
1698         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1699 }
1700
1701 /*
1702  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1703  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1704  * Return number of pages initialized.
1705  */
1706 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1707                                                  unsigned long pfn,
1708                                                  unsigned long end_pfn)
1709 {
1710         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1711         int nid = zone_to_nid(zone);
1712         unsigned long nr_pages = 0;
1713         int zid = zone_idx(zone);
1714         struct page *page = NULL;
1715
1716         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1717                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1718                         page = NULL;
1719                         continue;
1720                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1721                         page = pfn_to_page(pfn);
1722                 } else {
1723                         page++;
1724                 }
1725                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1726                 nr_pages++;
1727         }
1728         return (nr_pages);
1729 }
1730
1731 /*
1732  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1733  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1734  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1735  * return false indicating there are no valid ranges left.
1736  */
1737 static bool __init
1738 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1739                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1740                                     unsigned long first_init_pfn)
1741 {
1742         u64 j;
1743
1744         /*
1745          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1746          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1747          * so we just need to flush them out of the system.
1748          */
1749         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1750                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1751                         continue;
1752                 if (*spfn < first_init_pfn)
1753                         *spfn = first_init_pfn;
1754                 *i = j;
1755                 return true;
1756         }
1757
1758         return false;
1759 }
1760
1761 /*
1762  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1763  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1764  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1765  * page in __free_one_page()).
1766  *
1767  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1768  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1769  * any issues with the buddy page computation.
1770  */
1771 static unsigned long __init
1772 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1773                        unsigned long *end_pfn)
1774 {
1775         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1776         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1777         unsigned long nr_pages = 0;
1778         u64 j = *i;
1779
1780         /* First we loop through and initialize the page values */
1781         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1782                 unsigned long t;
1783
1784                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1785                         break;
1786
1787                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1788                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1789
1790                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1791                         *start_pfn = mo_pfn;
1792                         break;
1793                 }
1794         }
1795
1796         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1797         swap(j, *i);
1798
1799         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1800                 unsigned long t;
1801
1802                 if (mo_pfn <= spfn)
1803                         break;
1804
1805                 t = min(mo_pfn, epfn);
1806                 deferred_free_pages(spfn, t);
1807
1808                 if (mo_pfn <= epfn)
1809                         break;
1810         }
1811
1812         return nr_pages;
1813 }
1814
1815 static void __init
1816 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1817                            void *arg)
1818 {
1819         unsigned long spfn, epfn;
1820         struct zone *zone = arg;
1821         u64 i;
1822
1823         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
1824
1825         /*
1826          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
1827          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
1828          */
1829         while (spfn < end_pfn) {
1830                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1831                 cond_resched();
1832         }
1833 }
1834
1835 /* An arch may override for more concurrency. */
1836 __weak int __init
1837 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
1838 {
1839         return 1;
1840 }
1841
1842 /* Initialise remaining memory on a node */
1843 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1844 {
1845         pg_data_t *pgdat = data;
1846         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1847         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
1848         unsigned long first_init_pfn, flags;
1849         unsigned long start = jiffies;
1850         struct zone *zone;
1851         int zid, max_threads;
1852         u64 i;
1853
1854         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1855         if (!cpumask_empty(cpumask))
1856                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1857
1858         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1859         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1860         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1861                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1862                 pgdat_init_report_one_done();
1863                 return 0;
1864         }
1865
1866         /* Sanity check boundaries */
1867         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1868         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1869         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1870
1871         /*
1872          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
1873          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
1874          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
1875          */
1876         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1877
1878         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1879         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1880                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1881                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1882                         break;
1883         }
1884
1885         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1886         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1887                                                  first_init_pfn))
1888                 goto zone_empty;
1889
1890         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
1891
1892         while (spfn < epfn) {
1893                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
1894                 struct padata_mt_job job = {
1895                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
1896                         .fn_arg      = zone,
1897                         .start       = spfn,
1898                         .size        = epfn_align - spfn,
1899                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
1900                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
1901                         .max_threads = max_threads,
1902                 };
1903
1904                 padata_do_multithreaded(&job);
1905                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1906                                                     epfn_align);
1907         }
1908 zone_empty:
1909         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1910         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1911
1912         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
1913                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1914
1915         pgdat_init_report_one_done();
1916         return 0;
1917 }
1918
1919 /*
1920  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1921  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1922  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1923  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1924  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1925  *
1926  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1927  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1928  * enough pages to satisfy the allocation.
1929  *
1930  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1931  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1932  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1933  */
1934 static noinline bool __init
1935 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1936 {
1937         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1938         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1939         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1940         unsigned long spfn, epfn, flags;
1941         unsigned long nr_pages = 0;
1942         u64 i;
1943
1944         /* Only the last zone may have deferred pages */
1945         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1946                 return false;
1947
1948         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1949
1950         /*
1951          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1952          * true, as there might be enough pages already.
1953          */
1954         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1955                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1956                 return true;
1957         }
1958
1959         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1960         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1961                                                  first_deferred_pfn)) {
1962                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1963                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1964                 /* Retry only once. */
1965                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1966         }
1967
1968         /*
1969          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1970          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1971          * allocator.
1972          */
1973         while (spfn < epfn) {
1974                 /* update our first deferred PFN for this section */
1975                 first_deferred_pfn = spfn;
1976
1977                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1978                 touch_nmi_watchdog();
1979
1980                 /* We should only stop along section boundaries */
1981                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1982                         continue;
1983
1984                 /* If our quota has been met we can stop here */
1985                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1986                         break;
1987         }
1988
1989         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1990         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1991
1992         return nr_pages > 0;
1993 }
1994
1995 /*
1996  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1997  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1998  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1999  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2000  */
2001 static bool __ref
2002 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2003 {
2004         return deferred_grow_zone(zone, order);
2005 }
2006
2007 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2008
2009 void __init page_alloc_init_late(void)
2010 {
2011         struct zone *zone;
2012         int nid;
2013
2014 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2015
2016         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2017         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2018         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2019                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2020         }
2021
2022         /* Block until all are initialised */
2023         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2024
2025         /*
2026          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
2027          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
2028          * will be artificially small.
2029          */
2030         for_each_populated_zone(zone)
2031                 zone_pcp_update(zone);
2032
2033         /*
2034          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2035          * on-demand struct page initialization.
2036          */
2037         static_branch_disable(&deferred_pages);
2038
2039         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2040         files_maxfiles_init();
2041 #endif
2042
2043         /* Discard memblock private memory */
2044         memblock_discard();
2045
2046         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2047                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2048
2049         for_each_populated_zone(zone)
2050                 set_zone_contiguous(zone);
2051 }
2052
2053 #ifdef CONFIG_CMA
2054 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2055 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2056 {
2057         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2058         struct page *p = page;
2059
2060         do {
2061                 __ClearPageReserved(p);
2062                 set_page_count(p, 0);
2063         } while (++p, --i);
2064
2065         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2066
2067         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2068                 i = pageblock_nr_pages;
2069                 p = page;
2070                 do {
2071                         set_page_refcounted(p);
2072                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2073                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2074                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2075         } else {
2076                 set_page_refcounted(page);
2077                 __free_pages(page, pageblock_order);
2078         }
2079
2080         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2081 }
2082 #endif
2083
2084 /*
2085  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2086  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2087  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2088  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2089  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2090  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2091  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2092  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2093  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2094  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2095  *
2096  * -- nyc
2097  */
2098 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2099         int low, int high, int migratetype)
2100 {
2101         unsigned long size = 1 << high;
2102
2103         while (high > low) {
2104                 high--;
2105                 size >>= 1;
2106                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2107
2108                 /*
2109                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2110                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2111                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2112                  * pages will stay not present in virtual address space
2113                  */
2114                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2115                         continue;
2116
2117                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2118                 set_page_order(&page[size], high);
2119         }
2120 }
2121
2122 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2123 {
2124         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2125                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2126                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2127                 return;
2128         }
2129
2130         bad_page(page,
2131                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2132 }
2133
2134 /*
2135  * This page is about to be returned from the page allocator
2136  */
2137 static inline int check_new_page(struct page *page)
2138 {
2139         if (likely(page_expected_state(page,
2140                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2141                 return 0;
2142
2143         check_new_page_bad(page);
2144         return 1;
2145 }
2146
2147 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2148 {
2149         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2150                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2151 }
2152
2153 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2154 /*
2155  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2156  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2157  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2158  */
2159 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2160 {
2161         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2162                 return check_new_page(page);
2163         else
2164                 return false;
2165 }
2166
2167 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2168 {
2169         return check_new_page(page);
2170 }
2171 #else
2172 /*
2173  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2174  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2175  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2176  */
2177 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2178 {
2179         return check_new_page(page);
2180 }
2181 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2182 {
2183         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2184                 return check_new_page(page);
2185         else
2186                 return false;
2187 }
2188 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2189
2190 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2191 {
2192         int i;
2193         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2194                 struct page *p = page + i;
2195
2196                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2197                         return true;
2198         }
2199
2200         return false;
2201 }
2202
2203 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2204                                 gfp_t gfp_flags)
2205 {
2206         set_page_private(page, 0);
2207         set_page_refcounted(page);
2208
2209         arch_alloc_page(page, order);
2210         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2211                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2212         kasan_alloc_pages(page, order);
2213         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2214         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2215 }
2216
2217 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2218                                                         unsigned int alloc_flags)
2219 {
2220         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2221
2222         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2223                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2224
2225         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2226                 prep_compound_page(page, order);
2227
2228         /*
2229          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2230          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2231          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2232          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2233          */
2234         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2235                 set_page_pfmemalloc(page);
2236         else
2237                 clear_page_pfmemalloc(page);
2238 }
2239
2240 /*
2241  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2242  * the smallest available page from the freelists
2243  */
2244 static __always_inline
2245 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2246                                                 int migratetype)
2247 {
2248         unsigned int current_order;
2249         struct free_area *area;
2250         struct page *page;
2251
2252         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2253         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2254                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2255                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2256                 if (!page)
2257                         continue;
2258                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2259                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2260                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2261                 return page;
2262         }
2263
2264         return NULL;
2265 }
2266
2267
2268 /*
2269  * This array describes the order lists are fallen back to when
2270  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2271  */
2272 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2273         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2274         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2275         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2276 #ifdef CONFIG_CMA
2277         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2278 #endif
2279 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2280         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2281 #endif
2282 };
2283
2284 #ifdef CONFIG_CMA
2285 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2286                                         unsigned int order)
2287 {
2288         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2289 }
2290 #else
2291 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2292                                         unsigned int order) { return NULL; }
2293 #endif
2294
2295 /*
2296  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2297  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2298  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2299  */
2300 static int move_freepages(struct zone *zone,
2301                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2302                           int migratetype, int *num_movable)
2303 {
2304         struct page *page;
2305         unsigned int order;
2306         int pages_moved = 0;
2307
2308         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2309                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2310                         page++;
2311                         continue;
2312                 }
2313
2314                 if (!PageBuddy(page)) {
2315                         /*
2316                          * We assume that pages that could be isolated for
2317                          * migration are movable. But we don't actually try
2318                          * isolating, as that would be expensive.
2319                          */
2320                         if (num_movable &&
2321                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2322                                 (*num_movable)++;
2323
2324                         page++;
2325                         continue;
2326                 }
2327
2328                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2329                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2330                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2331
2332                 order = page_order(page);
2333                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2334                 page += 1 << order;
2335                 pages_moved += 1 << order;
2336         }
2337
2338         return pages_moved;
2339 }
2340
2341 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2342                                 int migratetype, int *num_movable)
2343 {
2344         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2345         struct page *start_page, *end_page;
2346
2347         if (num_movable)
2348                 *num_movable = 0;
2349
2350         start_pfn = page_to_pfn(page);
2351         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2352         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2353         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2354         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2355
2356         /* Do not cross zone boundaries */
2357         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2358                 start_page = page;
2359         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2360                 return 0;
2361
2362         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2363                                                                 num_movable);
2364 }
2365
2366 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2367                                         int start_order, int migratetype)
2368 {
2369         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2370
2371         while (nr_pageblocks--) {
2372                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2373                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2374         }
2375 }
2376
2377 /*
2378  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2379  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2380  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2381  *
2382  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2383  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2384  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2385  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2386  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2387  * pageblocks.
2388  */
2389 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2390 {
2391         /*
2392          * Leaving this order check is intended, although there is
2393          * relaxed order check in next check. The reason is that
2394          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2395          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2396          * so could be changed anytime.
2397          */
2398         if (order >= pageblock_order)
2399                 return true;
2400
2401         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2402                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2403                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2404                 page_group_by_mobility_disabled)
2405                 return true;
2406
2407         return false;
2408 }
2409
2410 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2411 {
2412         unsigned long max_boost;
2413
2414         if (!watermark_boost_factor)
2415                 return;
2416         /*
2417          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2418          * On small machines, including kdump capture kernels running
2419          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2420          * memory situation immediately.
2421          */
2422         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2423                 return;
2424
2425         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2426                         watermark_boost_factor, 10000);
2427
2428         /*
2429          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2430          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2431          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2432          * allocations that early means that reclaim is not going
2433          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2434          * boosted watermark resulting in a hang.
2435          */
2436         if (!max_boost)
2437                 return;
2438
2439         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2440
2441         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2442                 max_boost);
2443 }
2444
2445 /*
2446  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2447  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2448  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2449  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2450  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2451  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2452  */
2453 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2454                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2455 {
2456         unsigned int current_order = page_order(page);
2457         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2458         int old_block_type;
2459
2460         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2461
2462         /*
2463          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2464          * highatomic accounting.
2465          */
2466         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2467                 goto single_page;
2468
2469         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2470         if (current_order >= pageblock_order) {
2471                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2472                 goto single_page;
2473         }
2474
2475         /*
2476          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2477          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2478          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2479          */
2480         boost_watermark(zone);
2481         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2482                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2483
2484         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2485         if (!whole_block)
2486                 goto single_page;
2487
2488         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2489                                                 &movable_pages);
2490         /*
2491          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2492          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2493          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2494          */
2495         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2496                 alike_pages = movable_pages;
2497         } else {
2498                 /*
2499                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2500                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2501                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2502                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2503                  * exact migratetype of non-movable pages.
2504                  */
2505                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2506                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2507                                                 - (free_pages + movable_pages);
2508                 else
2509                         alike_pages = 0;
2510         }
2511
2512         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2513         if (!free_pages)
2514                 goto single_page;
2515
2516         /*
2517          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2518          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2519          */
2520         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2521                         page_group_by_mobility_disabled)
2522                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2523
2524         return;
2525
2526 single_page:
2527         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2528 }
2529
2530 /*
2531  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2532  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2533  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2534  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2535  */
2536 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2537                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2538 {
2539         int i;
2540         int fallback_mt;
2541
2542         if (area->nr_free == 0)
2543                 return -1;
2544
2545         *can_steal = false;
2546         for (i = 0;; i++) {
2547                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2548                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2549                         break;
2550
2551                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2552                         continue;
2553
2554                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2555                         *can_steal = true;
2556
2557                 if (!only_stealable)
2558                         return fallback_mt;
2559
2560                 if (*can_steal)
2561                         return fallback_mt;
2562         }
2563
2564         return -1;
2565 }
2566
2567 /*
2568  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2569  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2570  */
2571 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2572                                 unsigned int alloc_order)
2573 {
2574         int mt;
2575         unsigned long max_managed, flags;
2576
2577         /*
2578          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2579          * Check is race-prone but harmless.
2580          */
2581         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2582         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2583                 return;
2584
2585         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2586
2587         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2588         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2589                 goto out_unlock;
2590
2591         /* Yoink! */
2592         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2593         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2594             && !is_migrate_cma(mt)) {
2595                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2596                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2597                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2598         }
2599
2600 out_unlock:
2601         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2602 }
2603
2604 /*
2605  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2606  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2607  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2608  * to recover from than an OOM.
2609  *
2610  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2611  * pageblock is exhausted.
2612  */
2613 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2614                                                 bool force)
2615 {
2616         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2617         unsigned long flags;
2618         struct zoneref *z;
2619         struct zone *zone;
2620         struct page *page;
2621         int order;
2622         bool ret;
2623
2624         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2625                                                                 ac->nodemask) {
2626                 /*
2627                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2628                  * is really high.
2629                  */
2630                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2631                                         pageblock_nr_pages)
2632                         continue;
2633
2634                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2635                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2636                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2637
2638                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2639                         if (!page)
2640                                 continue;
2641
2642                         /*
2643                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2644                          * we can counter several free pages in a pageblock
2645                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2646                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2647                          * adjust the count once.
2648                          */
2649                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2650                                 /*
2651                                  * It should never happen but changes to
2652                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2653                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2654                                  * while unreserving so be safe and watch for
2655                                  * underflows.
2656                                  */
2657                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2658                                                 pageblock_nr_pages,
2659                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2660                         }
2661
2662                         /*
2663                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2664                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2665                          * is doing the work and needs the pages. More
2666                          * importantly, if the block was always converted to
2667                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2668                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2669                          * may increase.
2670                          */
2671                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2672                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2673                                                                         NULL);
2674                         if (ret) {
2675                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2676                                 return ret;
2677                         }
2678                 }
2679                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2680         }
2681
2682         return false;
2683 }
2684
2685 /*
2686  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2687  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2688  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2689  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2690  *
2691  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2692  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2693  * condition simpler.
2694  */
2695 static __always_inline bool
2696 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2697                                                 unsigned int alloc_flags)
2698 {
2699         struct free_area *area;
2700         int current_order;
2701         int min_order = order;
2702         struct page *page;
2703         int fallback_mt;
2704         bool can_steal;
2705
2706         /*
2707          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2708          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2709          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2710          */
2711         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2712                 min_order = pageblock_order;
2713
2714         /*
2715          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2716          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2717          * would be too costly to do exactly.
2718          */
2719         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2720                                 --current_order) {
2721                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2722                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2723                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2724                 if (fallback_mt == -1)
2725                         continue;
2726
2727                 /*
2728                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2729                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2730                  * steal and split the smallest available page instead of the
2731                  * largest available page, because even if the next movable
2732                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2733                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2734                  */
2735                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2736                                         && current_order > order)
2737                         goto find_smallest;
2738
2739                 goto do_steal;
2740         }
2741
2742         return false;
2743
2744 find_smallest:
2745         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2746                                                         current_order++) {
2747                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2748                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2749                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2750                 if (fallback_mt != -1)
2751                         break;
2752         }
2753
2754         /*
2755          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2756          * when looking for the largest page.
2757          */
2758         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2759
2760 do_steal:
2761         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2762
2763         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2764                                                                 can_steal);
2765
2766         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2767                 start_migratetype, fallback_mt);
2768
2769         return true;
2770
2771 }
2772
2773 /*
2774  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2775  * Call me with the zone->lock already held.
2776  */
2777 static __always_inline struct page *
2778 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2779                                                 unsigned int alloc_flags)
2780 {
2781         struct page *page;
2782
2783 #ifdef CONFIG_CMA
2784         /*
2785          * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2786          * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2787          * is in the CMA area.
2788          */
2789         if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2790             zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2791             zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2792                 page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2793                 if (page)
2794                         return page;
2795         }
2796 #endif
2797 retry:
2798         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2799         if (unlikely(!page)) {
2800                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2801                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2802
2803                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2804                                                                 alloc_flags))
2805                         goto retry;
2806         }
2807
2808         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2809         return page;
2810 }
2811
2812 /*
2813  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2814  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2815  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2816  */
2817 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2818                         unsigned long count, struct list_head *list,
2819                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2820 {
2821         int i, alloced = 0;
2822
2823         spin_lock(&zone->lock);
2824         for (i = 0; i < count; ++i) {
2825                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2826                                                                 alloc_flags);
2827                 if (unlikely(page == NULL))
2828                         break;
2829
2830                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2831                         continue;
2832
2833                 /*
2834                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2835                  * physical page order. The page is added to the tail of
2836                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2837                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2838                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2839                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2840                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2841                  * pages are ordered properly.
2842                  */
2843                 list_add_tail(&page->lru, list);
2844                 alloced++;
2845                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2846                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2847                                               -(1 << order));
2848         }
2849
2850         /*
2851          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2852          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2853          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2854          * pages added to the pcp list.
2855          */
2856         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2857         spin_unlock(&zone->lock);
2858         return alloced;
2859 }
2860
2861 #ifdef CONFIG_NUMA
2862 /*
2863  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2864  * currently executing processor on remote nodes after they have
2865  * expired.
2866  *
2867  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2868  * a single processor.
2869  */
2870 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2871 {
2872         unsigned long flags;
2873         int to_drain, batch;
2874
2875         local_irq_save(flags);
2876         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2877         to_drain = min(pcp->count, batch);
2878         if (to_drain > 0)
2879                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2880         local_irq_restore(flags);
2881 }
2882 #endif
2883
2884 /*
2885  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2886  *
2887  * The processor must either be the current processor and the
2888  * thread pinned to the current processor or a processor that
2889  * is not online.
2890  */
2891 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2892 {
2893         unsigned long flags;
2894         struct per_cpu_pageset *pset;
2895         struct per_cpu_pages *pcp;
2896
2897         local_irq_save(flags);
2898         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2899
2900         pcp = &pset->pcp;
2901         if (pcp->count)
2902                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2903         local_irq_restore(flags);
2904 }
2905
2906 /*
2907  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2908  *
2909  * The processor must either be the current processor and the
2910  * thread pinned to the current processor or a processor that
2911  * is not online.
2912  */
2913 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2914 {
2915         struct zone *zone;
2916
2917         for_each_populated_zone(zone) {
2918                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2919         }
2920 }
2921
2922 /*
2923  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2924  *
2925  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2926  * the single zone's pages.
2927  */
2928 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2929 {
2930         int cpu = smp_processor_id();
2931
2932         if (zone)
2933                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2934         else
2935                 drain_pages(cpu);
2936 }
2937
2938 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2939 {
2940         struct pcpu_drain *drain;
2941
2942         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2943
2944         /*
2945          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2946          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2947          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2948          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2949          * a different one.
2950          */
2951         preempt_disable();
2952         drain_local_pages(drain->zone);
2953         preempt_enable();
2954 }
2955
2956 /*
2957  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2958  *
2959  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2960  *
2961  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2962  */
2963 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2964 {
2965         int cpu;
2966
2967         /*
2968          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2969          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2970          */
2971         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2972
2973         /*
2974          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2975          * initialized.
2976          */
2977         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2978                 return;
2979
2980         /*
2981          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2982          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2983          * the drain to be complete when the call returns.
2984          */
2985         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2986                 if (!zone)
2987                         return;
2988                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2989         }
2990
2991         /*
2992          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2993          * as offline notification will cause the notified
2994          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2995          * disables preemption as part of its processing
2996          */
2997         for_each_online_cpu(cpu) {
2998                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2999                 struct zone *z;
3000                 bool has_pcps = false;
3001
3002                 if (zone) {
3003                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3004                         if (pcp->pcp.count)
3005                                 has_pcps = true;
3006                 } else {
3007                         for_each_populated_zone(z) {
3008                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
3009                                 if (pcp->pcp.count) {
3010                                         has_pcps = true;
3011                                         break;
3012                                 }
3013                         }
3014                 }
3015
3016                 if (has_pcps)
3017                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3018                 else
3019                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3020         }
3021
3022         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3023                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3024
3025                 drain->zone = zone;
3026                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3027                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3028         }
3029         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3030                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3031
3032         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3033 }
3034
3035 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3036
3037 /*
3038  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3039  */
3040 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3041
3042 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3043 {
3044         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3045         unsigned long flags;
3046         unsigned int order, t;
3047         struct page *page;
3048
3049         if (zone_is_empty(zone))
3050                 return;
3051
3052         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3053
3054         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3055         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3056                 if (pfn_valid(pfn)) {
3057                         page = pfn_to_page(pfn);
3058
3059                         if (!--page_count) {
3060                                 touch_nmi_watchdog();
3061                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3062                         }
3063
3064                         if (page_zone(page) != zone)
3065                                 continue;
3066
3067                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3068                                 swsusp_unset_page_free(page);
3069                 }
3070
3071         for_each_migratetype_order(order, t) {
3072                 list_for_each_entry(page,
3073                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3074                         unsigned long i;
3075
3076                         pfn = page_to_pfn(page);
3077                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3078                                 if (!--page_count) {
3079                                         touch_nmi_watchdog();
3080                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3081                                 }
3082                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3083                         }
3084                 }
3085         }
3086         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3087 }
3088 #endif /* CONFIG_PM */
3089
3090 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3091 {
3092         int migratetype;
3093
3094         if (!free_pcp_prepare(page))
3095                 return false;
3096
3097         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3098         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3099         return true;
3100 }
3101
3102 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3103 {
3104         struct zone *zone = page_zone(page);
3105         struct per_cpu_pages *pcp;
3106         int migratetype;
3107
3108         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3109         __count_vm_event(PGFREE);
3110
3111         /*
3112          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3113          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3114          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3115          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3116          * excessively into the page allocator
3117          */
3118         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3119                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3120                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
3121                         return;
3122                 }
3123                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3124         }
3125
3126         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3127         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3128         pcp->count++;
3129         if (pcp->count >= pcp->high) {
3130                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3131                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3132         }
3133 }
3134
3135 /*
3136  * Free a 0-order page
3137  */
3138 void free_unref_page(struct page *page)
3139 {
3140         unsigned long flags;
3141         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3142
3143         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3144                 return;
3145
3146         local_irq_save(flags);
3147         free_unref_page_commit(page, pfn);
3148         local_irq_restore(flags);
3149 }
3150
3151 /*
3152  * Free a list of 0-order pages
3153  */
3154 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3155 {
3156         struct page *page, *next;
3157         unsigned long flags, pfn;
3158         int batch_count = 0;
3159
3160         /* Prepare pages for freeing */
3161         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3162                 pfn = page_to_pfn(page);
3163                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3164                         list_del(&page->lru);
3165                 set_page_private(page, pfn);
3166         }
3167
3168         local_irq_save(flags);
3169         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3170                 unsigned long pfn = page_private(page);
3171
3172                 set_page_private(page, 0);
3173                 trace_mm_page_free_batched(page);
3174                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3175
3176                 /*
3177                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3178                  * a large list of pages to free.
3179                  */
3180                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3181                         local_irq_restore(flags);
3182                         batch_count = 0;
3183                         local_irq_save(flags);
3184                 }
3185         }
3186         local_irq_restore(flags);
3187 }
3188
3189 /*
3190  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3191  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3192  * Each sub-page must be freed individually.
3193  *
3194  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3195  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3196  */
3197 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3198 {
3199         int i;
3200
3201         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3202         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3203
3204         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3205                 set_page_refcounted(page + i);
3206         split_page_owner(page, order);
3207 }
3208 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3209
3210 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3211 {
3212         unsigned long watermark;
3213         struct zone *zone;
3214         int mt;
3215
3216         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3217
3218         zone = page_zone(page);
3219         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3220
3221         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3222                 /*
3223                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3224                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3225                  * watermark, because we already know our high-order page
3226                  * exists.
3227                  */
3228                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3229                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3230                         return 0;
3231
3232                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3233         }
3234
3235         /* Remove page from free list */
3236
3237         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3238
3239         /*
3240          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3241          * pageblock
3242          */
3243         if (order >= pageblock_order - 1) {
3244                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3245                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3246                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3247                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3248                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3249                                 set_pageblock_migratetype(page,
3250                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3251                 }
3252         }
3253
3254
3255         return 1UL << order;
3256 }
3257
3258 /**
3259  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3260  * @page: Page that was isolated
3261  * @order: Order of the isolated page
3262  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3263  *
3264  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3265  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3266  */
3267 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3268 {
3269         struct zone *zone = page_zone(page);
3270
3271         /* zone lock should be held when this function is called */
3272         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3273
3274         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3275         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, false);
3276 }
3277
3278 /*
3279  * Update NUMA hit/miss statistics
3280  *
3281  * Must be called with interrupts disabled.
3282  */
3283 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3284 {
3285 #ifdef CONFIG_NUMA
3286         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3287
3288         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3289         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3290                 return;
3291
3292         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3293                 local_stat = NUMA_OTHER;
3294
3295         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3296                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3297         else {
3298                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3299                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3300         }
3301         __inc_numa_state(z, local_stat);
3302 #endif
3303 }
3304
3305 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3306 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3307                         unsigned int alloc_flags,
3308                         struct per_cpu_pages *pcp,
3309                         struct list_head *list)
3310 {
3311         struct page *page;
3312
3313         do {
3314                 if (list_empty(list)) {
3315                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3316                                         pcp->batch, list,
3317                                         migratetype, alloc_flags);
3318                         if (unlikely(list_empty(list)))
3319                                 return NULL;
3320                 }
3321
3322                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3323                 list_del(&page->lru);
3324                 pcp->count--;
3325         } while (check_new_pcp(page));
3326
3327         return page;
3328 }
3329
3330 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3331 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3332                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3333                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3334 {
3335         struct per_cpu_pages *pcp;
3336         struct list_head *list;
3337         struct page *page;
3338         unsigned long flags;
3339
3340         local_irq_save(flags);
3341         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3342         list = &pcp->lists[migratetype];
3343         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3344         if (page) {
3345                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3346                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3347         }
3348         local_irq_restore(flags);
3349         return page;
3350 }
3351
3352 /*
3353  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3354  */
3355 static inline
3356 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3357                         struct zone *zone, unsigned int order,
3358                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3359                         int migratetype)
3360 {
3361         unsigned long flags;
3362         struct page *page;
3363
3364         if (likely(order == 0)) {
3365                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3366                                         migratetype, alloc_flags);
3367                 goto out;
3368         }
3369
3370         /*
3371          * We most definitely don't want callers attempting to
3372          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3373          */
3374         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3375         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3376
3377         do {
3378                 page = NULL;
3379                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3380                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3381                         if (page)
3382                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3383                 }
3384                 if (!page)
3385                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3386         } while (page && check_new_pages(page, order));
3387         spin_unlock(&zone->lock);
3388         if (!page)
3389                 goto failed;
3390         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3391                                   get_pcppage_migratetype(page));
3392
3393         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3394         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3395         local_irq_restore(flags);
3396
3397 out:
3398         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3399         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3400                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3401                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3402         }
3403
3404         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3405         return page;
3406
3407 failed:
3408         local_irq_restore(flags);
3409         return NULL;
3410 }
3411
3412 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3413
3414 static struct {
3415         struct fault_attr attr;
3416
3417         bool ignore_gfp_highmem;
3418         bool ignore_gfp_reclaim;
3419         u32 min_order;
3420 } fail_page_alloc = {
3421         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3422         .ignore_gfp_reclaim = true,
3423         .ignore_gfp_highmem = true,
3424         .min_order = 1,
3425 };
3426
3427 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3428 {
3429         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3430 }
3431 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3432
3433 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3434 {
3435         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3436                 return false;
3437         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3438                 return false;
3439         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3440                 return false;
3441         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3442                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3443                 return false;
3444
3445         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3446 }
3447
3448 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3449
3450 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3451 {
3452         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3453         struct dentry *dir;
3454
3455         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3456                                         &fail_page_alloc.attr);
3457
3458         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3459                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3460         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3461                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3462         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3463
3464         return 0;
3465 }
3466
3467 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3468
3469 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3470
3471 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3472
3473 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3474 {
3475         return false;
3476 }
3477
3478 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3479
3480 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3481 {
3482         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3483 }
3484 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3485
3486 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3487                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3488 {
3489         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3490         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3491
3492         /*
3493          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3494          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3495          * atomic reserve but it avoids a search.
3496          */
3497         if (likely(!alloc_harder))
3498                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3499
3500 #ifdef CONFIG_CMA
3501         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3502         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3503                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3504 #endif
3505
3506         return unusable_free;
3507 }
3508
3509 /*
3510  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3511  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3512  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3513  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3514  */
3515 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3516                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3517                          long free_pages)
3518 {
3519         long min = mark;
3520         int o;
3521         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3522
3523         /* free_pages may go negative - that's OK */
3524         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3525
3526         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3527                 min -= min / 2;
3528
3529         if (unlikely(alloc_harder)) {
3530                 /*
3531                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3532                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3533                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3534                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3535                  */
3536                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3537                         min -= min / 2;
3538                 else
3539                         min -= min / 4;
3540         }
3541
3542         /*
3543          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3544          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3545          * even if a suitable page happened to be free.
3546          */
3547         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3548                 return false;
3549
3550         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3551         if (!order)
3552                 return true;
3553
3554         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3555         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3556                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3557                 int mt;
3558
3559                 if (!area->nr_free)
3560                         continue;
3561
3562                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3563                         if (!free_area_empty(area, mt))
3564                                 return true;
3565                 }
3566
3567 #ifdef CONFIG_CMA
3568                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3569                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3570                         return true;
3571                 }
3572 #endif
3573                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3574                         return true;
3575         }
3576         return false;
3577 }
3578
3579 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3580                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3581 {
3582         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3583                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3584 }
3585
3586 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3587                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3588                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3589 {
3590         long free_pages;
3591
3592         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3593
3594         /*
3595          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3596          * need to be calculated.
3597          */
3598         if (!order) {
3599                 long fast_free;
3600
3601                 fast_free = free_pages;
3602                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3603                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3604                         return true;
3605         }
3606
3607         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3608                                         free_pages))
3609                 return true;
3610         /*
3611          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3612          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3613          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3614          * when below the low watermark.
3615          */
3616         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3617                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3618                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3619                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3620                                         alloc_flags, free_pages);
3621         }
3622
3623         return false;
3624 }
3625
3626 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3627                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3628 {
3629         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3630
3631         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3632                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3633
3634         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3635                                                                 free_pages);
3636 }
3637
3638 #ifdef CONFIG_NUMA
3639 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3640 {
3641         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3642                                 node_reclaim_distance;
3643 }
3644 #else   /* CONFIG_NUMA */
3645 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3646 {
3647         return true;
3648 }
3649 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3650
3651 /*
3652  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3653  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3654  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3655  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3656  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3657  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3658  */
3659 static inline unsigned int
3660 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3661 {
3662         unsigned int alloc_flags;
3663
3664         /*
3665          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3666          * to save a branch.
3667          */
3668         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3669
3670 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3671         if (!zone)
3672                 return alloc_flags;
3673
3674         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3675                 return alloc_flags;
3676
3677         /*
3678          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3679          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3680          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3681          */
3682         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3683         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3684                 return alloc_flags;
3685
3686         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3687 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3688         return alloc_flags;
3689 }
3690
3691 static inline unsigned int current_alloc_flags(gfp_t gfp_mask,
3692                                         unsigned int alloc_flags)
3693 {
3694 #ifdef CONFIG_CMA
3695         unsigned int pflags = current->flags;
3696
3697         if (!(pflags & PF_MEMALLOC_NOCMA) &&
3698                         gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3699                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3700
3701 #endif
3702         return alloc_flags;
3703 }
3704
3705 /*
3706  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3707  * a page.
3708  */
3709 static struct page *
3710 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3711                                                 const struct alloc_context *ac)
3712 {
3713         struct zoneref *z;
3714         struct zone *zone;
3715         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3716         bool no_fallback;
3717
3718 retry:
3719         /*
3720          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3721          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3722          */
3723         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3724         z = ac->preferred_zoneref;
3725         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3726                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3727                 struct page *page;
3728                 unsigned long mark;
3729
3730                 if (cpusets_enabled() &&
3731                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3732                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3733                                 continue;
3734                 /*
3735                  * When allocating a page cache page for writing, we
3736                  * want to get it from a node that is within its dirty
3737                  * limit, such that no single node holds more than its
3738                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3739                  * The dirty limits take into account the node's
3740                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3741                  * should be able to balance it without having to
3742                  * write pages from its LRU list.
3743                  *
3744                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3745                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3746                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3747                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3748                  * nodes are together not big enough to reach the
3749                  * global limit.  The proper fix for these situations
3750                  * will require awareness of nodes in the
3751                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3752                  */
3753                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3754                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3755                                 continue;
3756
3757                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3758                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3759                                 continue;
3760                         }
3761                 }
3762
3763                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3764                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3765                         int local_nid;
3766
3767                         /*
3768                          * If moving to a remote node, retry but allow
3769                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3770                          * than fragmentation avoidance.
3771                          */
3772                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3773                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3774                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3775                                 goto retry;
3776                         }
3777                 }
3778
3779                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3780                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3781                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3782                                        gfp_mask)) {
3783                         int ret;
3784
3785 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3786                         /*
3787                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3788                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3789                          */
3790                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3791                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3792                                         goto try_this_zone;
3793                         }
3794 #endif
3795                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3796                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3797                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3798                                 goto try_this_zone;
3799
3800                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3801                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3802                                 continue;
3803
3804                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3805                         switch (ret) {
3806                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3807                                 /* did not scan */
3808                                 continue;
3809                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3810                                 /* scanned but unreclaimable */
3811                                 continue;
3812                         default:
3813                                 /* did we reclaim enough */
3814                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3815                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3816                                         goto try_this_zone;
3817
3818                                 continue;
3819                         }
3820                 }
3821
3822 try_this_zone:
3823                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3824                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3825                 if (page) {
3826                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3827
3828                         /*
3829                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3830                          * if the pageblock should be reserved for the future
3831                          */
3832                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3833                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3834
3835                         return page;
3836                 } else {
3837 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3838                         /* Try again if zone has deferred pages */
3839                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3840                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3841                                         goto try_this_zone;
3842                         }
3843 #endif
3844                 }
3845         }
3846
3847         /*
3848          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3849          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3850          */
3851         if (no_fallback) {
3852                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3853                 goto retry;
3854         }
3855
3856         return NULL;
3857 }
3858
3859 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3860 {
3861         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3862
3863         /*
3864          * This documents exceptions given to allocations in certain
3865          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3866          * of allowed nodes.
3867          */
3868         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3869                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3870                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3871                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3872         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3873                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3874
3875         show_mem(filter, nodemask);
3876 }
3877
3878 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3879 {
3880         struct va_format vaf;
3881         va_list args;
3882         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3883
3884         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3885                 return;
3886
3887         va_start(args, fmt);
3888         vaf.fmt = fmt;
3889         vaf.va = &args;
3890         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3891                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3892                         nodemask_pr_args(nodemask));
3893         va_end(args);
3894
3895         cpuset_print_current_mems_allowed();
3896         pr_cont("\n");
3897         dump_stack();
3898         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3899 }
3900
3901 static inline struct page *
3902 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3903                               unsigned int alloc_flags,
3904                               const struct alloc_context *ac)
3905 {
3906         struct page *page;
3907
3908         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3909                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3910         /*
3911          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3912          * are depleted
3913          */
3914         if (!page)
3915                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3916                                 alloc_flags, ac);
3917
3918         return page;
3919 }
3920
3921 static inline struct page *
3922 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3923         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3924 {
3925         struct oom_control oc = {
3926                 .zonelist = ac->zonelist,
3927                 .nodemask = ac->nodemask,
3928                 .memcg = NULL,
3929                 .gfp_mask = gfp_mask,
3930                 .order = order,
3931         };
3932         struct page *page;
3933
3934         *did_some_progress = 0;
3935
3936         /*
3937          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3938          * making progress for us.
3939          */
3940         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3941                 *did_some_progress = 1;
3942                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3943                 return NULL;
3944         }
3945
3946         /*
3947          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3948          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3949          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3950          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3951          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3952          */
3953         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3954                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3955                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3956         if (page)
3957                 goto out;
3958
3959         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3960         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3961                 goto out;
3962         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3963         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3964                 goto out;
3965         /*
3966          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3967          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3968          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3969          * fallback than shooting a random task.
3970          */
3971         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3972                 goto out;
3973         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3974         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3975                 goto out;
3976         if (pm_suspended_storage())
3977                 goto out;
3978         /*
3979          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3980          * other request to make a forward progress.
3981          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3982          * do much for this context but let's try it to at least get
3983          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3984          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3985          * failures more gracefully we should just bail out here.
3986          */
3987
3988         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3989         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3990                 goto out;
3991
3992         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3993         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3994                 *did_some_progress = 1;
3995
3996                 /*
3997                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3998                  * reserves
3999                  */
4000                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4001                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4002                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4003         }
4004 out:
4005         mutex_unlock(&oom_lock);
4006         return page;
4007 }
4008
4009 /*
4010  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
4011  * killer is consider as the only way to move forward.
4012  */
4013 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4014
4015 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4016 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4017 static struct page *
4018 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4019                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4020                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4021 {
4022         struct page *page = NULL;
4023         unsigned long pflags;
4024         unsigned int noreclaim_flag;
4025
4026         if (!order)
4027                 return NULL;
4028
4029         psi_memstall_enter(&pflags);
4030         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4031
4032         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4033                                                                 prio, &page);
4034
4035         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4036         psi_memstall_leave(&pflags);
4037
4038         /*
4039          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4040          * count a compaction stall
4041          */
4042         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4043
4044         /* Prep a captured page if available */
4045         if (page)
4046                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4047
4048         /* Try get a page from the freelist if available */
4049         if (!page)
4050                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4051
4052         if (page) {
4053                 struct zone *zone = page_zone(page);
4054
4055                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4056                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4057                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4058                 return page;
4059         }
4060
4061         /*
4062          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4063          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4064          */
4065         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4066
4067         cond_resched();
4068
4069         return NULL;
4070 }
4071
4072 static inline bool
4073 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4074                      enum compact_result compact_result,
4075                      enum compact_priority *compact_priority,
4076                      int *compaction_retries)
4077 {
4078         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4079         int min_priority;
4080         bool ret = false;
4081         int retries = *compaction_retries;
4082         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4083
4084         if (!order)
4085                 return false;
4086
4087         if (compaction_made_progress(compact_result))
4088                 (*compaction_retries)++;
4089
4090         /*
4091          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4092          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4093          * failure could be caused by insufficient priority
4094          */
4095         if (compaction_failed(compact_result))
4096                 goto check_priority;
4097
4098         /*
4099          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4100          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4101          */
4102         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4103                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4104                 goto out;
4105         }
4106
4107         /*
4108          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4109          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4110          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4111          * we don't just keep bailing out endlessly.
4112          */
4113         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4114                 goto check_priority;
4115         }
4116
4117         /*
4118          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4119          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4120          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4121          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4122          * would need much more detailed feedback from compaction to
4123          * make a better decision.
4124          */
4125         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4126                 max_retries /= 4;
4127         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4128                 ret = true;
4129                 goto out;
4130         }
4131
4132         /*
4133          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4134          * all retries or failed at the lower priorities.
4135          */
4136 check_priority:
4137         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4138                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4139
4140         if (*compact_priority > min_priority) {
4141                 (*compact_priority)--;
4142                 *compaction_retries = 0;
4143                 ret = true;
4144         }
4145 out:
4146         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4147         return ret;
4148 }
4149 #else
4150 static inline struct page *
4151 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4152                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4153                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4154 {
4155         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4156         return NULL;
4157 }
4158
4159 static inline bool
4160 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4161                      enum compact_result compact_result,
4162                      enum compact_priority *compact_priority,
4163                      int *compaction_retries)
4164 {
4165         struct zone *zone;
4166         struct zoneref *z;
4167
4168         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4169                 return false;
4170
4171         /*
4172          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4173          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4174          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4175          * watermarks are OK.
4176          */
4177         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4178                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4179                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4180                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4181                         return true;
4182         }
4183         return false;
4184 }
4185 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4186
4187 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4188 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4189         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4190
4191 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4192 {
4193         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4194
4195         /* no reclaim without waiting on it */
4196         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4197                 return false;
4198
4199         /* this guy won't enter reclaim */
4200         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4201                 return false;
4202
4203         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4204         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4205                 return false;
4206
4207         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4208                 return false;
4209
4210         return true;
4211 }
4212
4213 void __fs_reclaim_acquire(void)
4214 {
4215         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4216 }
4217
4218 void __fs_reclaim_release(void)
4219 {
4220         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4221 }
4222
4223 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4224 {
4225         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4226                 __fs_reclaim_acquire();
4227 }
4228 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4229
4230 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4231 {
4232         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4233                 __fs_reclaim_release();
4234 }
4235 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4236 #endif
4237
4238 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4239 static int
4240 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4241                                         const struct alloc_context *ac)
4242 {
4243         int progress;
4244         unsigned int noreclaim_flag;
4245         unsigned long pflags;
4246
4247         cond_resched();
4248
4249         /* We now go into synchronous reclaim */
4250         cpuset_memory_pressure_bump();
4251         psi_memstall_enter(&pflags);
4252         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4253         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4254
4255         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4256                                                                 ac->nodemask);
4257
4258         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4259         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4260         psi_memstall_leave(&pflags);
4261
4262         cond_resched();
4263
4264         return progress;
4265 }
4266
4267 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4268 static inline struct page *
4269 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4270                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4271                 unsigned long *did_some_progress)
4272 {
4273         struct page *page = NULL;
4274         bool drained = false;
4275
4276         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4277         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4278                 return NULL;
4279
4280 retry:
4281         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4282
4283         /*
4284          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4285          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4286          * Shrink them and try again
4287          */
4288         if (!page && !drained) {
4289                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4290                 drain_all_pages(NULL);
4291                 drained = true;
4292                 goto retry;
4293         }
4294
4295         return page;
4296 }
4297
4298 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4299                              const struct alloc_context *ac)
4300 {
4301         struct zoneref *z;
4302         struct zone *zone;
4303         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4304         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4305
4306         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4307                                         ac->nodemask) {
4308                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4309                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4310                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4311         }
4312 }
4313
4314 static inline unsigned int
4315 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4316 {
4317         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4318
4319         /*
4320          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4321          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4322          * to save two branches.
4323          */
4324         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4325         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4326
4327         /*
4328          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4329          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4330          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4331          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4332          */
4333         alloc_flags |= (__force int)
4334                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4335
4336         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4337                 /*
4338                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4339                  * if it can't schedule.
4340                  */
4341                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4342                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4343                 /*
4344                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4345                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4346                  */
4347                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4348         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4349                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4350
4351         alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, alloc_flags);
4352
4353         return alloc_flags;
4354 }
4355
4356 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4357 {
4358         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4359                 return false;
4360
4361         /*
4362          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4363          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4364          */
4365         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4366                 return false;
4367
4368         return true;
4369 }
4370
4371 /*
4372  * Distinguish requests which really need access to full memory
4373  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4374  */
4375 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4376 {
4377         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4378                 return 0;
4379         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4380                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4381         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4382                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4383         if (!in_interrupt()) {
4384                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4385                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4386                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4387                         return ALLOC_OOM;
4388         }
4389
4390         return 0;
4391 }
4392
4393 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4394 {
4395         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4396 }
4397
4398 /*
4399  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4400  * for the given allocation request.
4401  *
4402  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4403  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4404  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4405  *
4406  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4407  */
4408 static inline bool
4409 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4410                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4411                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4412 {
4413         struct zone *zone;
4414         struct zoneref *z;
4415         bool ret = false;
4416
4417         /*
4418          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4419          * their order will become available due to high fragmentation so
4420          * always increment the no progress counter for them
4421          */
4422         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4423                 *no_progress_loops = 0;
4424         else
4425                 (*no_progress_loops)++;
4426
4427         /*
4428          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4429          * several times in the row.
4430          */
4431         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4432                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4433                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4434         }
4435
4436         /*
4437          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4438          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4439          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4440          * screwed and have to go OOM.
4441          */
4442         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4443                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4444                 unsigned long available;
4445                 unsigned long reclaimable;
4446                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4447                 bool wmark;
4448
4449                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4450                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4451
4452                 /*
4453                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4454                  * reclaimable pages?
4455                  */
4456                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4457                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4458                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4459                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4460                 if (wmark) {
4461                         /*
4462                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4463                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4464                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4465                          * prevent from pre mature OOM
4466                          */
4467                         if (!did_some_progress) {
4468                                 unsigned long write_pending;
4469
4470                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4471                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4472
4473                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4474                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4475                                         return true;
4476                                 }
4477                         }
4478
4479                         ret = true;
4480                         goto out;
4481                 }
4482         }
4483
4484 out:
4485         /*
4486          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4487          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4488          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4489          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4490          * here rather than calling cond_resched().
4491          */
4492         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4493                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4494         else
4495                 cond_resched();
4496         return ret;
4497 }
4498
4499 static inline bool
4500 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4501 {
4502         /*
4503          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4504          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4505          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4506          * such a way the check therein was true, and then it became false
4507          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4508          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4509          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4510          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4511          * caller can deal with a violated nodemask.
4512          */
4513         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4514                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4515                 ac->nodemask = NULL;
4516                 return true;
4517         }
4518
4519         /*
4520          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4521          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4522          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4523          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4524          * retry.
4525          */
4526         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4527                 return true;
4528
4529         return false;
4530 }
4531
4532 static inline struct page *
4533 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4534                                                 struct alloc_context *ac)
4535 {
4536         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4537         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4538         struct page *page = NULL;
4539         unsigned int alloc_flags;
4540         unsigned long did_some_progress;
4541         enum compact_priority compact_priority;
4542         enum compact_result compact_result;
4543         int compaction_retries;
4544         int no_progress_loops;
4545         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4546         int reserve_flags;
4547
4548         /*
4549          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4550          * callers that are not in atomic context.
4551          */
4552         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4553                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4554                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4555
4556 retry_cpuset:
4557         compaction_retries = 0;
4558         no_progress_loops = 0;
4559         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4560         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4561
4562         /*
4563          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4564          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4565          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4566          */
4567         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4568
4569         /*
4570          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4571          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4572          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4573          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4574          */
4575         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4576                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4577         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4578                 goto nopage;
4579
4580         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4581                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4582
4583         /*
4584          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4585          * that first
4586          */
4587         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4588         if (page)
4589                 goto got_pg;
4590
4591         /*
4592          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4593          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4594          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4595          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4596          * same migratetype.
4597          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4598          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4599          */
4600         if (can_direct_reclaim &&
4601                         (costly_order ||
4602                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4603                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4604                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4605                                                 alloc_flags, ac,
4606                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4607                                                 &compact_result);
4608                 if (page)
4609                         goto got_pg;
4610
4611                 /*
4612                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4613                  * includes some THP page fault allocations
4614                  */
4615                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4616                         /*
4617                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4618                          * failed because all zones are below low watermarks
4619                          * or is prohibited because it recently failed at this
4620                          * order, fail immediately unless the allocator has
4621                          * requested compaction and reclaim retry.
4622                          *
4623                          * Reclaim is
4624                          *  - potentially very expensive because zones are far
4625                          *    below their low watermarks or this is part of very
4626                          *    bursty high order allocations,
4627                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4628                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4629                          *    linear scan, and
4630                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4631                          *    own.
4632                          */
4633                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4634                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4635                                 goto nopage;
4636
4637                         /*
4638                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4639                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4640                          * using async compaction.
4641                          */
4642                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4643                 }
4644         }
4645
4646 retry:
4647         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4648         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4649                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4650
4651         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4652         if (reserve_flags)
4653                 alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, reserve_flags);
4654
4655         /*
4656          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4657          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4658          * user oriented.
4659          */
4660         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4661                 ac->nodemask = NULL;
4662                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4663                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4664         }
4665
4666         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4667         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4668         if (page)
4669                 goto got_pg;
4670
4671         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4672         if (!can_direct_reclaim)
4673                 goto nopage;
4674
4675         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4676         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4677                 goto nopage;
4678
4679         /* Try direct reclaim and then allocating */
4680         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4681                                                         &did_some_progress);
4682         if (page)
4683                 goto got_pg;
4684
4685         /* Try direct compaction and then allocating */
4686         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4687                                         compact_priority, &compact_result);
4688         if (page)
4689                 goto got_pg;
4690
4691         /* Do not loop if specifically requested */
4692         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4693                 goto nopage;
4694
4695         /*
4696          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4697          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4698          */
4699         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4700                 goto nopage;
4701
4702         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4703                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4704                 goto retry;
4705
4706         /*
4707          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4708          * reclaim is not able to make any progress because the current
4709          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4710          * of free memory (see __compaction_suitable)
4711          */
4712         if (did_some_progress > 0 &&
4713                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4714                                 compact_result, &compact_priority,
4715                                 &compaction_retries))
4716                 goto retry;
4717
4718
4719         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4720         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4721                 goto retry_cpuset;
4722
4723         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4724         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4725         if (page)
4726                 goto got_pg;
4727
4728         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4729         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4730             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4731              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4732                 goto nopage;
4733
4734         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4735         if (did_some_progress) {
4736                 no_progress_loops = 0;
4737                 goto retry;
4738         }
4739
4740 nopage:
4741         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4742         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4743                 goto retry_cpuset;
4744
4745         /*
4746          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4747          * we always retry
4748          */
4749         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4750                 /*
4751                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4752                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4753                  */
4754                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4755                         goto fail;
4756
4757                 /*
4758                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4759                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4760                  * for somebody to do a work for us
4761                  */
4762                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4763
4764                 /*
4765                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4766                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4767                  * so that we can identify them and convert them to something
4768                  * else.
4769                  */
4770                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4771
4772                 /*
4773                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4774                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4775                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4776                  * the situation worse
4777                  */
4778                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4779                 if (page)
4780                         goto got_pg;
4781
4782                 cond_resched();
4783                 goto retry;
4784         }
4785 fail:
4786         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4787                         "page allocation failure: order:%u", order);
4788 got_pg:
4789         return page;
4790 }
4791
4792 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4793                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4794                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4795                 unsigned int *alloc_flags)
4796 {
4797         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4798         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4799         ac->nodemask = nodemask;
4800         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4801
4802         if (cpusets_enabled()) {
4803                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4804                 /*
4805                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4806                  * to the current task context. It means that any node ok.
4807                  */
4808                 if (!in_interrupt() && !ac->nodemask)
4809                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4810                 else
4811                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4812         }
4813
4814         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4815         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4816
4817         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4818
4819         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4820                 return false;
4821
4822         *alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, *alloc_flags);
4823
4824         return true;
4825 }
4826
4827 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4828 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4829 {
4830         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4831         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4832
4833         /*
4834          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4835          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4836          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4837          */
4838         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4839                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4840 }
4841
4842 /*
4843  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4844  */
4845 struct page *
4846 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4847                                                         nodemask_t *nodemask)
4848 {
4849         struct page *page;
4850         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4851         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4852         struct alloc_context ac = { };
4853
4854         /*
4855          * There are several places where we assume that the order value is sane
4856          * so bail out early if the request is out of bound.
4857          */
4858         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4859                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4860                 return NULL;
4861         }
4862
4863         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4864         alloc_mask = gfp_mask;
4865         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4866                 return NULL;
4867
4868         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4869
4870         /*
4871          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4872          * memory until all local zones are considered.
4873          */
4874         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4875
4876         /* First allocation attempt */
4877         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4878         if (likely(page))
4879                 goto out;
4880
4881         /*
4882          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4883          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4884          * from a particular context which has been marked by
4885          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4886          */
4887         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4888         ac.spread_dirty_pages = false;
4889
4890         /*
4891          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4892          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4893          */
4894         ac.nodemask = nodemask;
4895
4896         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4897
4898 out:
4899         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4900             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4901                 __free_pages(page, order);
4902                 page = NULL;
4903         }
4904
4905         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4906
4907         return page;
4908 }
4909 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4910
4911 /*
4912  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4913  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4914  * you need to access high mem.
4915  */
4916 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4917 {
4918         struct page *page;
4919
4920         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4921         if (!page)
4922                 return 0;
4923         return (unsigned long) page_address(page);
4924 }
4925 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4926
4927 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4928 {
4929         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4930 }
4931 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4932
4933 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4934 {
4935         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4936                 free_unref_page(page);
4937         else
4938                 __free_pages_ok(page, order);
4939 }
4940
4941 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4942 {
4943         if (put_page_testzero(page))
4944                 free_the_page(page, order);
4945 }
4946 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4947
4948 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4949 {
4950         if (addr != 0) {
4951                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4952                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4953         }
4954 }
4955
4956 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4957
4958 /*
4959  * Page Fragment:
4960  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4961  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4962  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4963  *
4964  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4965  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4966  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4967  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4968  */
4969 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4970                                              gfp_t gfp_mask)
4971 {
4972         struct page *page = NULL;
4973         gfp_t gfp = gfp_mask;
4974
4975 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4976         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4977                     __GFP_NOMEMALLOC;
4978         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4979                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4980         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4981 #endif
4982         if (unlikely(!page))
4983                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4984
4985         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4986
4987         return page;
4988 }
4989
4990 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4991 {
4992         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4993
4994         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4995                 free_the_page(page, compound_order(page));
4996 }
4997 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4998
4999 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
5000                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
5001 {
5002         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5003         struct page *page;
5004         int offset;
5005
5006         if (unlikely(!nc->va)) {
5007 refill:
5008                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5009                 if (!page)
5010                         return NULL;
5011
5012 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5013                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5014                 size = nc->size;
5015 #endif
5016                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5017                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5018                  */
5019                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5020
5021                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5022                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5023                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5024                 nc->offset = size;
5025         }
5026
5027         offset = nc->offset - fragsz;
5028         if (unlikely(offset < 0)) {
5029                 page = virt_to_page(nc->va);
5030
5031                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5032                         goto refill;
5033
5034 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5035                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5036                 size = nc->size;
5037 #endif
5038                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5039                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5040
5041                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5042                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5043                 offset = size - fragsz;
5044         }
5045
5046         nc->pagecnt_bias--;
5047         nc->offset = offset;
5048
5049         return nc->va + offset;
5050 }
5051 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
5052
5053 /*
5054  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5055  */
5056 void page_frag_free(void *addr)
5057 {
5058         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5059
5060         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5061                 free_the_page(page, compound_order(page));
5062 }
5063 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5064
5065 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5066                 size_t size)
5067 {
5068         if (addr) {
5069                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5070                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5071
5072                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5073                 while (used < alloc_end) {
5074                         free_page(used);
5075                         used += PAGE_SIZE;
5076                 }
5077         }
5078         return (void *)addr;
5079 }
5080
5081 /**
5082  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5083  * @size: the number of bytes to allocate
5084  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5085  *
5086  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5087  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5088  * allocate memory in power-of-two pages.
5089  *
5090  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5091  *
5092  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5093  *
5094  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5095  */
5096 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5097 {
5098         unsigned int order = get_order(size);
5099         unsigned long addr;
5100
5101         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5102                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5103
5104         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5105         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5106 }
5107 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5108
5109 /**
5110  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5111  *                         pages on a node.
5112  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5113  * @size: the number of bytes to allocate
5114  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5115  *
5116  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5117  * back.
5118  *
5119  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5120  */
5121 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5122 {
5123         unsigned int order = get_order(size);
5124         struct page *p;
5125
5126         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5127                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5128
5129         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5130         if (!p)
5131                 return NULL;
5132         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5133 }
5134
5135 /**
5136  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5137  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5138  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5139  *
5140  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5141  */
5142 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5143 {
5144         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5145         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5146
5147         while (addr < end) {
5148                 free_page(addr);
5149                 addr += PAGE_SIZE;
5150         }
5151 }
5152 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5153
5154 /**
5155  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5156  * @offset: The zone index of the highest zone
5157  *
5158  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5159  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5160  * zone, the number of pages is calculated as:
5161  *
5162  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5163  *
5164  * Return: number of pages beyond high watermark.
5165  */
5166 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5167 {
5168         struct zoneref *z;
5169         struct zone *zone;
5170
5171         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5172         unsigned long sum = 0;
5173
5174         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5175
5176         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5177                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5178                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5179                 if (size > high)
5180                         sum += size - high;
5181         }
5182
5183         return sum;
5184 }
5185
5186 /**
5187  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5188  *
5189  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5190  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5191  *
5192  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5193  * ZONE_NORMAL.
5194  */
5195 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5196 {
5197         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5198 }
5199 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5200
5201 static inline void show_node(struct zone *zone)
5202 {
5203         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5204                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5205 }
5206
5207 long si_mem_available(void)
5208 {
5209         long available;
5210         unsigned long pagecache;
5211         unsigned long wmark_low = 0;
5212         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5213         unsigned long reclaimable;
5214         struct zone *zone;
5215         int lru;
5216
5217         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5218                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5219
5220         for_each_zone(zone)
5221                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5222
5223         /*
5224          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5225          * without causing swapping.
5226          */
5227         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5228
5229         /*
5230          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5231          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5232          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5233          */
5234         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5235         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5236         available += pagecache;
5237
5238         /*
5239          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5240          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5241          * low watermark.
5242          */
5243         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5244                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5245         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5246
5247         if (available < 0)
5248                 available = 0;
5249         return available;
5250 }
5251 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5252
5253 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5254 {
5255         val->totalram = totalram_pages();
5256         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5257         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5258         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5259         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5260         val->freehigh = nr_free_highpages();
5261         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5262 }
5263
5264 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5265
5266 #ifdef CONFIG_NUMA
5267 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5268 {
5269         int zone_type;          /* needs to be signed */
5270         unsigned long managed_pages = 0;
5271         unsigned long managed_highpages = 0;
5272         unsigned long free_highpages = 0;
5273         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5274
5275         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5276                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5277         val->totalram = managed_pages;
5278         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5279         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5280 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5281         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5282                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5283
5284                 if (is_highmem(zone)) {
5285                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5286                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5287                 }
5288         }
5289         val->totalhigh = managed_highpages;
5290         val->freehigh = free_highpages;
5291 #else
5292         val->totalhigh = managed_highpages;
5293         val->freehigh = free_highpages;
5294 #endif
5295         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5296 }
5297 #endif
5298
5299 /*
5300  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5301  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5302  */
5303 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5304 {
5305         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5306                 return false;
5307
5308         /*
5309          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5310          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5311          * have to be precise here.
5312          */
5313         if (!nodemask)
5314                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5315
5316         return !node_isset(nid, *nodemask);
5317 }
5318
5319 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5320
5321 static void show_migration_types(unsigned char type)
5322 {
5323         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5324                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5325                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5326                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5327                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5328 #ifdef CONFIG_CMA
5329                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5330 #endif
5331 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5332                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5333 #endif
5334         };
5335         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5336         char *p = tmp;
5337         int i;
5338
5339         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5340                 if (type & (1 << i))
5341                         *p++ = types[i];
5342         }
5343
5344         *p = '\0';
5345         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5346 }
5347
5348 /*
5349  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5350  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5351  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5352  *
5353  * Bits in @filter:
5354  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5355  *   cpuset.
5356  */
5357 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5358 {
5359         unsigned long free_pcp = 0;
5360         int cpu;
5361         struct zone *zone;
5362         pg_data_t *pgdat;
5363
5364         for_each_populated_zone(zone) {
5365                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5366                         continue;
5367
5368                 for_each_online_cpu(cpu)
5369                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5370         }
5371
5372         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5373                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5374                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5375                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5376                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5377                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5378                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5379                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5380                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5381                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5382                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5383                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5384                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5385                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5386                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5387                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5388                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5389                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5390                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5391                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5392                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5393                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5394                 free_pcp,
5395                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5396
5397         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5398                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5399                         continue;
5400
5401                 printk("Node %d"
5402                         " active_anon:%lukB"
5403                         " inactive_anon:%lukB"
5404                         " active_file:%lukB"
5405                         " inactive_file:%lukB"
5406                         " unevictable:%lukB"
5407                         " isolated(anon):%lukB"
5408                         " isolated(file):%lukB"
5409                         " mapped:%lukB"
5410                         " dirty:%lukB"
5411                         " writeback:%lukB"
5412                         " shmem:%lukB"
5413 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5414                         " shmem_thp: %lukB"
5415                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5416                         " anon_thp: %lukB"
5417 #endif
5418                         " writeback_tmp:%lukB"
5419                         " kernel_stack:%lukB"
5420 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5421                         " shadow_call_stack:%lukB"
5422 #endif
5423                         " all_unreclaimable? %s"
5424                         "\n",
5425                         pgdat->node_id,
5426                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5427                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5428                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5429                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5430                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5431                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5432                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5433                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5434                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5435                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5436                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5437 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5438                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5439                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5440                                         * HPAGE_PMD_NR),
5441                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5442 #endif
5443                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5444                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5445 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5446                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5447 #endif
5448                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5449                                 "yes" : "no");
5450         }
5451
5452         for_each_populated_zone(zone) {
5453                 int i;
5454
5455                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5456                         continue;
5457
5458                 free_pcp = 0;
5459                 for_each_online_cpu(cpu)
5460                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5461
5462                 show_node(zone);
5463                 printk(KERN_CONT
5464                         "%s"
5465                         " free:%lukB"
5466                         " min:%lukB"
5467                         " low:%lukB"
5468                         " high:%lukB"
5469                         " reserved_highatomic:%luKB"
5470                         " active_anon:%lukB"
5471                         " inactive_anon:%lukB"
5472                         " active_file:%lukB"
5473                         " inactive_file:%lukB"
5474                         " unevictable:%lukB"
5475                         " writepending:%lukB"
5476                         " present:%lukB"
5477                         " managed:%lukB"
5478                         " mlocked:%lukB"
5479                         " pagetables:%lukB"
5480                         " bounce:%lukB"
5481                         " free_pcp:%lukB"
5482                         " local_pcp:%ukB"
5483                         " free_cma:%lukB"
5484                         "\n",
5485                         zone->name,
5486                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5487                         K(min_wmark_pages(zone)),
5488                         K(low_wmark_pages(zone)),
5489                         K(high_wmark_pages(zone)),
5490                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5491                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5492                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5493                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5494                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5495                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5496                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5497                         K(zone->present_pages),
5498                         K(zone_managed_pages(zone)),
5499                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5500                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5501                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5502                         K(free_pcp),
5503                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5504                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5505                 printk("lowmem_reserve[]:");
5506                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5507                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5508                 printk(KERN_CONT "\n");
5509         }
5510
5511         for_each_populated_zone(zone) {
5512                 unsigned int order;
5513                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5514                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5515
5516                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5517                         continue;
5518                 show_node(zone);
5519                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5520
5521                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5522                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5523                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5524                         int type;
5525
5526                         nr[order] = area->nr_free;
5527                         total += nr[order] << order;
5528
5529                         types[order] = 0;
5530                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5531                                 if (!free_area_empty(area, type))
5532                                         types[order] |= 1 << type;
5533                         }
5534                 }
5535                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5536                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5537                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5538                                nr[order], K(1UL) << order);
5539                         if (nr[order])
5540                                 show_migration_types(types[order]);
5541                 }
5542                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5543         }
5544
5545         hugetlb_show_meminfo();
5546
5547         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5548
5549         show_swap_cache_info();
5550 }
5551
5552 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5553 {
5554         zoneref->zone = zone;
5555         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5556 }
5557
5558 /*
5559  * Builds allocation fallback zone lists.
5560  *
5561  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5562  */
5563 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5564 {
5565         struct zone *zone;
5566         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5567         int nr_zones = 0;
5568
5569         do {
5570                 zone_type--;
5571                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5572                 if (managed_zone(zone)) {
5573                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5574                         check_highest_zone(zone_type);
5575                 }
5576         } while (zone_type);
5577
5578         return nr_zones;
5579 }
5580
5581 #ifdef CONFIG_NUMA
5582
5583 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5584 {
5585         /*
5586          * We used to support different zonlists modes but they turned
5587          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5588          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5589          * not fail it silently
5590          */
5591         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5592                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5593                 return -EINVAL;
5594         }
5595         return 0;
5596 }
5597
5598 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5599
5600 /*
5601  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5602  */
5603 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5604                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5605 {
5606         if (write)
5607                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5608         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5609 }
5610
5611
5612 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5613 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5614
5615 /**
5616  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5617  * @node: node whose fallback list we're appending
5618  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5619  *
5620  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5621  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5622  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5623  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5624  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5625  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5626  * on them otherwise.
5627  *
5628  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5629  */
5630 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5631 {
5632         int n, val;
5633         int min_val = INT_MAX;
5634         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5635         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5636
5637         /* Use the local node if we haven't already */
5638         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5639                 node_set(node, *used_node_mask);
5640                 return node;
5641         }
5642
5643         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5644
5645                 /* Don't want a node to appear more than once */
5646                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5647                         continue;
5648
5649                 /* Use the distance array to find the distance */
5650                 val = node_distance(node, n);
5651
5652                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5653                 val += (n < node);
5654
5655                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5656                 tmp = cpumask_of_node(n);
5657                 if (!cpumask_empty(tmp))
5658                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5659
5660                 /* Slight preference for less loaded node */
5661                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5662                 val += node_load[n];
5663
5664                 if (val < min_val) {
5665                         min_val = val;
5666                         best_node = n;
5667                 }
5668         }
5669
5670         if (best_node >= 0)
5671                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5672
5673         return best_node;
5674 }
5675
5676
5677 /*
5678  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5679  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5680  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5681  */
5682 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5683                 unsigned nr_nodes)
5684 {
5685         struct zoneref *zonerefs;
5686         int i;
5687
5688         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5689
5690         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5691                 int nr_zones;
5692
5693                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5694
5695                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5696                 zonerefs += nr_zones;
5697         }
5698         zonerefs->zone = NULL;
5699         zonerefs->zone_idx = 0;
5700 }
5701
5702 /*
5703  * Build gfp_thisnode zonelists
5704  */
5705 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5706 {
5707         struct zoneref *zonerefs;
5708         int nr_zones;
5709
5710         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5711         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5712         zonerefs += nr_zones;
5713         zonerefs->zone = NULL;
5714         zonerefs->zone_idx = 0;
5715 }
5716
5717 /*
5718  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5719  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5720  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5721  * may still exist in local DMA zone.
5722  */
5723
5724 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5725 {
5726         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5727         int node, load, nr_nodes = 0;
5728         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5729         int local_node, prev_node;
5730
5731         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5732         local_node = pgdat->node_id;
5733         load = nr_online_nodes;
5734         prev_node = local_node;
5735
5736         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5737         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5738                 /*
5739                  * We don't want to pressure a particular node.
5740                  * So adding penalty to the first node in same
5741                  * distance group to make it round-robin.
5742                  */
5743                 if (node_distance(local_node, node) !=
5744                     node_distance(local_node, prev_node))
5745                         node_load[node] = load;
5746
5747                 node_order[nr_nodes++] = node;
5748                 prev_node = node;
5749                 load--;
5750         }
5751
5752         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5753         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5754 }
5755
5756 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5757 /*
5758  * Return node id of node used for "local" allocations.
5759  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5760  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5761  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5762  */
5763 int local_memory_node(int node)
5764 {
5765         struct zoneref *z;
5766
5767         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5768                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5769                                    NULL);
5770         return zone_to_nid(z->zone);
5771 }
5772 #endif
5773
5774 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5775 static void setup_min_slab_ratio(void);
5776 #else   /* CONFIG_NUMA */
5777
5778 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5779 {
5780         int node, local_node;
5781         struct zoneref *zonerefs;
5782         int nr_zones;
5783
5784         local_node = pgdat->node_id;
5785
5786         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5787         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5788         zonerefs += nr_zones;
5789
5790         /*
5791          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5792          * of all the other nodes.
5793          * We don't want to pressure a particular node, so when
5794          * building the zones for node N, we make sure that the
5795          * zones coming right after the local ones are those from
5796          * node N+1 (modulo N)
5797          */
5798         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5799                 if (!node_online(node))
5800                         continue;
5801                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5802                 zonerefs += nr_zones;
5803         }
5804         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5805                 if (!node_online(node))
5806                         continue;
5807                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5808                 zonerefs += nr_zones;
5809         }
5810
5811         zonerefs->zone = NULL;
5812         zonerefs->zone_idx = 0;
5813 }
5814
5815 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5816
5817 /*
5818  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5819  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5820  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5821  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5822  * with interrupts disabled.
5823  *
5824  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5825  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5826  * hotplugged processors.
5827  *
5828  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5829  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5830  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5831  */
5832 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5833 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5834 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5835
5836 static void __build_all_zonelists(void *data)
5837 {
5838         int nid;
5839         int __maybe_unused cpu;
5840         pg_data_t *self = data;
5841         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5842
5843         spin_lock(&lock);
5844
5845 #ifdef CONFIG_NUMA
5846         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5847 #endif
5848
5849         /*
5850          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5851          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5852          */
5853         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5854                 build_zonelists(self);
5855         } else {
5856                 for_each_online_node(nid) {
5857                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5858
5859                         build_zonelists(pgdat);
5860                 }
5861
5862 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5863                 /*
5864                  * We now know the "local memory node" for each node--
5865                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5866                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5867                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5868                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5869                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5870                  */
5871                 for_each_online_cpu(cpu)
5872                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5873 #endif
5874         }
5875
5876         spin_unlock(&lock);
5877 }
5878
5879 static noinline void __init
5880 build_all_zonelists_init(void)
5881 {
5882         int cpu;
5883
5884         __build_all_zonelists(NULL);
5885
5886         /*
5887          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5888          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5889          * each zone will be allocated later when the per cpu
5890          * allocator is available.
5891          *
5892          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5893          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5894          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5895          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5896          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5897          * (a chicken-egg dilemma).
5898          */
5899         for_each_possible_cpu(cpu)
5900                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5901
5902         mminit_verify_zonelist();
5903         cpuset_init_current_mems_allowed();
5904 }
5905
5906 /*
5907  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5908  *
5909  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5910  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5911  */
5912 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5913 {
5914         unsigned long vm_total_pages;
5915
5916         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5917                 build_all_zonelists_init();
5918         } else {
5919                 __build_all_zonelists(pgdat);
5920                 /* cpuset refresh routine should be here */
5921         }
5922         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
5923         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5924         /*
5925          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5926          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5927          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5928          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5929          * disabled and enable it later
5930          */
5931         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5932                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5933         else
5934                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5935
5936         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5937                 nr_online_nodes,
5938                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5939                 vm_total_pages);
5940 #ifdef CONFIG_NUMA
5941         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5942 #endif
5943 }
5944
5945 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5946 static bool __meminit
5947 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5948 {
5949         static struct memblock_region *r;
5950
5951         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5952                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5953                         for_each_memblock(memory, r) {
5954                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5955                                         break;
5956                         }
5957                 }
5958                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5959                     memblock_is_mirror(r)) {
5960                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5961                         return true;
5962                 }
5963         }
5964         return false;
5965 }
5966
5967 /*
5968  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5969  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5970  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5971  */
5972 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5973                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5974                 struct vmem_altmap *altmap)
5975 {
5976         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5977         struct page *page;
5978
5979         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5980                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5981
5982 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5983         /*
5984          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5985          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5986          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5987          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5988          * the hotplug lock.
5989          */
5990         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5991                 if (!altmap)
5992                         return;
5993
5994                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5995                         start_pfn += altmap->reserve;
5996                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5997         }
5998 #endif
5999
6000         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6001                 /*
6002                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6003                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6004                  */
6005                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
6006                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6007                                 continue;
6008                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
6009                                 break;
6010                 }
6011
6012                 page = pfn_to_page(pfn);
6013                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6014                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
6015                         __SetPageReserved(page);
6016
6017                 /*
6018                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6019                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6020                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6021                  * the address space during boot when many long-lived
6022                  * kernel allocations are made.
6023                  *
6024                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6025                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6026                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6027                  * pfn out of zone.
6028                  */
6029                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6030                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6031                         cond_resched();
6032                 }
6033                 pfn++;
6034         }
6035 }
6036
6037 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6038 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6039                                    unsigned long start_pfn,
6040                                    unsigned long nr_pages,
6041                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6042 {
6043         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6044         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6045         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6046         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6047         unsigned long start = jiffies;
6048         int nid = pgdat->node_id;
6049
6050         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6051                 return;
6052
6053         /*
6054          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
6055          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6056          * the end of that region and start processing the device pages.
6057          */
6058         if (altmap) {
6059                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6060                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6061         }
6062
6063         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6064                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6065
6066                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6067
6068                 /*
6069                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6070                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6071                  *
6072                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6073                  * the flag as we are still initializing the pages.
6074                  */
6075                 __SetPageReserved(page);
6076
6077                 /*
6078                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6079                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6080                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6081                  */
6082                 page->pgmap = pgmap;
6083                 page->zone_device_data = NULL;
6084
6085                 /*
6086                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6087                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6088                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6089                  * the address space during boot when many long-lived
6090                  * kernel allocations are made.
6091                  *
6092                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6093                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6094                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6095                  * pfn out of zone.
6096                  *
6097                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6098                  * because this is done early in section_activate()
6099                  */
6100                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6101                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6102                         cond_resched();
6103                 }
6104         }
6105
6106         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6107                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6108 }
6109
6110 #endif
6111 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6112 {
6113         unsigned int order, t;
6114         for_each_migratetype_order(order, t) {
6115                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6116                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6117         }
6118 }
6119
6120 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6121                                   unsigned long zone,
6122                                   unsigned long range_start_pfn)
6123 {
6124         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6125         unsigned long range_end_pfn = range_start_pfn + size;
6126         int i;
6127
6128         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6129                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6130                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6131
6132                 if (end_pfn > start_pfn) {
6133                         size = end_pfn - start_pfn;
6134                         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn,
6135                                          MEMMAP_EARLY, NULL);
6136                 }
6137         }
6138 }
6139
6140 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6141 {
6142 #ifdef CONFIG_MMU
6143         int batch;
6144
6145         /*
6146          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6147          * size of the zone.
6148          */
6149         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6150         /* But no more than a meg. */
6151         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6152                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6153         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6154         if (batch < 1)
6155                 batch = 1;
6156
6157         /*
6158          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6159          * of 2 value was found to be more likely to have
6160          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6161          *
6162          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6163          * batches of pages, one task can end up with a lot
6164          * of pages of one half of the possible page colors
6165          * and the other with pages of the other colors.
6166          */
6167         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6168
6169         return batch;
6170
6171 #else
6172         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6173          * conditions.
6174          *
6175          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6176          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6177          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6178          *
6179          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6180          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6181          * can be a significant delay between the individual batches being
6182          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6183          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6184          */
6185         return 0;
6186 #endif
6187 }
6188
6189 /*
6190  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6191  * ->batch must never be higher then ->high.
6192  * The following function updates them in a safe manner without read side
6193  * locking.
6194  *
6195  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6196  * those fields changing asynchronously (acording to the above rule).
6197  *
6198  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6199  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6200  * exist).
6201  */
6202 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6203                 unsigned long batch)
6204 {
6205        /* start with a fail safe value for batch */
6206         pcp->batch = 1;
6207         smp_wmb();
6208
6209        /* Update high, then batch, in order */
6210         pcp->high = high;
6211         smp_wmb();
6212
6213         pcp->batch = batch;
6214 }
6215
6216 /* a companion to pageset_set_high() */
6217 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6218 {
6219         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6220 }
6221
6222 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6223 {
6224         struct per_cpu_pages *pcp;
6225         int migratetype;
6226
6227         memset(p, 0, sizeof(*p));
6228
6229         pcp = &p->pcp;
6230         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6231                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6232 }
6233
6234 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6235 {
6236         pageset_init(p);
6237         pageset_set_batch(p, batch);
6238 }
6239
6240 /*
6241  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6242  * to the value high for the pageset p.
6243  */
6244 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6245                                 unsigned long high)
6246 {
6247         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6248         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6249                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6250
6251         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6252 }
6253
6254 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6255                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6256 {
6257         if (percpu_pagelist_fraction)
6258                 pageset_set_high(pcp,
6259                         (zone_managed_pages(zone) /
6260                                 percpu_pagelist_fraction));
6261         else
6262                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6263 }
6264
6265 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6266 {
6267         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6268
6269         pageset_init(pcp);
6270         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6271 }
6272
6273 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6274 {
6275         int cpu;
6276         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6277         for_each_possible_cpu(cpu)
6278                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6279 }
6280
6281 /*
6282  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6283  * Before this call only boot pagesets were available.
6284  */
6285 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6286 {
6287         struct pglist_data *pgdat;
6288         struct zone *zone;
6289         int __maybe_unused cpu;
6290
6291         for_each_populated_zone(zone)
6292                 setup_zone_pageset(zone);
6293
6294 #ifdef CONFIG_NUMA
6295         /*
6296          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6297          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6298          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6299          * the nodes these zones are associated with.
6300          */
6301         for_each_possible_cpu(cpu) {
6302                 struct per_cpu_pageset *pcp = &per_cpu(boot_pageset, cpu);
6303                 memset(pcp->vm_numa_stat_diff, 0,
6304                        sizeof(pcp->vm_numa_stat_diff));
6305         }
6306 #endif
6307
6308         for_each_online_pgdat(pgdat)
6309                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6310                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6311 }
6312
6313 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6314 {
6315         /*
6316          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6317          * relies on the ability of the linker to provide the
6318          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6319          */
6320         zone->pageset = &boot_pageset;
6321
6322         if (populated_zone(zone))
6323                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6324                         zone->name, zone->present_pages,
6325                                          zone_batchsize(zone));
6326 }
6327
6328 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6329                                         unsigned long zone_start_pfn,
6330                                         unsigned long size)
6331 {
6332         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6333         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6334
6335         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6336                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6337
6338         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6339
6340         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6341                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6342                         pgdat->node_id,
6343                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6344                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6345
6346         zone_init_free_lists(zone);
6347         zone->initialized = 1;
6348 }
6349
6350 /**
6351  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6352  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6353  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6354  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6355  *
6356  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6357  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6358  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6359  * PFNs will be 0.
6360  */
6361 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6362                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6363 {
6364         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6365         int i;
6366
6367         *start_pfn = -1UL;
6368         *end_pfn = 0;
6369
6370         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6371                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6372                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6373         }
6374
6375         if (*start_pfn == -1UL)
6376                 *start_pfn = 0;
6377 }
6378
6379 /*
6380  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6381  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6382  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6383  */
6384 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6385 {
6386         int zone_index;
6387         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6388                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6389                         continue;
6390
6391                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6392                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6393                         break;
6394         }
6395
6396         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6397         movable_zone = zone_index;
6398 }
6399
6400 /*
6401  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6402  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6403  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6404  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6405  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6406  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6407  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6408  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6409  */
6410 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6411                                         unsigned long zone_type,
6412                                         unsigned long node_start_pfn,
6413                                         unsigned long node_end_pfn,
6414                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6415                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6416 {
6417         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6418         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6419                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6420                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6421                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6422                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6423                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6424
6425                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6426                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6427                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6428                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6429                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6430
6431                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6432                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6433                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6434         }
6435 }
6436
6437 /*
6438  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6439  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6440  */
6441 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6442                                         unsigned long zone_type,
6443                                         unsigned long node_start_pfn,
6444                                         unsigned long node_end_pfn,
6445                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6446                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6447 {
6448         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6449         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6450         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6451         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6452                 return 0;
6453
6454         /* Get the start and end of the zone */
6455         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6456         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6457         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6458                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6459                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6460
6461         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6462         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6463                 return 0;
6464
6465         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6466         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6467         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6468
6469         /* Return the spanned pages */
6470         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6471 }
6472
6473 /*
6474  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6475  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6476  */
6477 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6478                                 unsigned long range_start_pfn,
6479                                 unsigned long range_end_pfn)
6480 {
6481         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6482         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6483         int i;
6484
6485         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6486                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6487                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6488                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6489         }
6490         return nr_absent;
6491 }
6492
6493 /**
6494  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6495  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6496  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6497  *
6498  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6499  */
6500 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6501                                                         unsigned long end_pfn)
6502 {
6503         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6504 }
6505
6506 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6507 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6508                                         unsigned long zone_type,
6509                                         unsigned long node_start_pfn,
6510                                         unsigned long node_end_pfn)
6511 {
6512         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6513         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6514         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6515         unsigned long nr_absent;
6516
6517         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6518         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6519                 return 0;
6520
6521         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6522         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6523
6524         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6525                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6526                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6527         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6528
6529         /*
6530          * ZONE_MOVABLE handling.
6531          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6532          * and vice versa.
6533          */
6534         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6535                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6536                 struct memblock_region *r;
6537
6538                 for_each_memblock(memory, r) {
6539                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6540                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6541                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6542                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6543
6544                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6545                             memblock_is_mirror(r))
6546                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6547
6548                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6549                             !memblock_is_mirror(r))
6550                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6551                 }
6552         }
6553
6554         return nr_absent;
6555 }
6556
6557 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6558                                                 unsigned long node_start_pfn,
6559                                                 unsigned long node_end_pfn)
6560 {
6561         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6562         enum zone_type i;
6563
6564         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6565                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6566                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6567                 unsigned long spanned, absent;
6568                 unsigned long size, real_size;
6569
6570                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6571                                                      node_start_pfn,
6572                                                      node_end_pfn,
6573                                                      &zone_start_pfn,
6574                                                      &zone_end_pfn);
6575                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6576                                                    node_start_pfn,
6577                                                    node_end_pfn);
6578
6579                 size = spanned;
6580                 real_size = size - absent;
6581
6582                 if (size)
6583                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6584                 else
6585                         zone->zone_start_pfn = 0;
6586                 zone->spanned_pages = size;
6587                 zone->present_pages = real_size;
6588
6589                 totalpages += size;
6590                 realtotalpages += real_size;
6591         }
6592
6593         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6594         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6595         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6596                                                         realtotalpages);
6597 }
6598
6599 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6600 /*
6601  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6602  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6603  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6604  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6605  * bytes.
6606  */
6607 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6608 {
6609         unsigned long usemapsize;
6610
6611         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6612         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6613         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6614         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6615         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6616
6617         return usemapsize / 8;
6618 }
6619
6620 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6621                                 struct zone *zone,
6622                                 unsigned long zone_start_pfn,
6623                                 unsigned long zonesize)
6624 {
6625         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6626         zone->pageblock_flags = NULL;
6627         if (usemapsize) {
6628                 zone->pageblock_flags =
6629                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6630                                             pgdat->node_id);
6631                 if (!zone->pageblock_flags)
6632                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6633                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6634         }
6635 }
6636 #else
6637 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6638                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6639 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6640
6641 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6642
6643 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6644 void __init set_pageblock_order(void)
6645 {
6646         unsigned int order;
6647
6648         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6649         if (pageblock_order)
6650                 return;
6651
6652         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6653                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6654         else
6655                 order = MAX_ORDER - 1;
6656
6657         /*
6658          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6659          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6660          * powerpc.
6661          */
6662         pageblock_order = order;
6663 }
6664 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6665
6666 /*
6667  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6668  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6669  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6670  * the kernel config
6671  */
6672 void __init set_pageblock_order(void)
6673 {
6674 }
6675
6676 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6677
6678 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6679                                                 unsigned long present_pages)
6680 {
6681         unsigned long pages = spanned_pages;
6682
6683         /*
6684          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6685          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6686          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6687          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6688          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6689          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6690          */
6691         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6692             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6693                 pages = present_pages;
6694
6695         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6696 }
6697
6698 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6699 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6700 {
6701         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6702
6703         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6704         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6705         ds_queue->split_queue_len = 0;
6706 }
6707 #else
6708 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6709 #endif
6710
6711 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6712 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6713 {
6714         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6715 }
6716 #else
6717 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6718 #endif
6719
6720 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6721 {
6722         pgdat_resize_init(pgdat);
6723
6724         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6725         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6726
6727         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6728         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6729
6730         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6731         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6732         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
6733 }
6734
6735 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6736                                                         unsigned long remaining_pages)
6737 {
6738         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6739         zone_set_nid(zone, nid);
6740         zone->name = zone_names[idx];
6741         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6742         spin_lock_init(&zone->lock);
6743         zone_seqlock_init(zone);
6744         zone_pcp_init(zone);
6745 }
6746
6747 /*
6748  * Set up the zone data structures
6749  * - init pgdat internals
6750  * - init all zones belonging to this node
6751  *
6752  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6753  */
6754 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6755 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6756 {
6757         enum zone_type z;
6758         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6759
6760         pgdat_init_internals(pgdat);
6761         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6762                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6763 }
6764 #endif
6765
6766 /*
6767  * Set up the zone data structures:
6768  *   - mark all pages reserved
6769  *   - mark all memory queues empty
6770  *   - clear the memory bitmaps
6771  *
6772  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6773  * NOTE: this function is only called during early init.
6774  */
6775 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6776 {
6777         enum zone_type j;
6778         int nid = pgdat->node_id;
6779
6780         pgdat_init_internals(pgdat);
6781         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6782
6783         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6784                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6785                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6786                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6787
6788                 size = zone->spanned_pages;
6789                 freesize = zone->present_pages;
6790
6791                 /*
6792                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6793                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6794                  * and per-cpu initialisations
6795                  */
6796                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6797                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6798                         if (freesize >= memmap_pages) {
6799                                 freesize -= memmap_pages;
6800                                 if (memmap_pages)
6801                                         printk(KERN_DEBUG
6802                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6803                                                zone_names[j], memmap_pages);
6804                         } else
6805                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6806                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6807                 }
6808
6809                 /* Account for reserved pages */
6810                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6811                         freesize -= dma_reserve;
6812                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6813                                         zone_names[0], dma_reserve);
6814                 }
6815
6816                 if (!is_highmem_idx(j))
6817                         nr_kernel_pages += freesize;
6818                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6819                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6820                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6821                 nr_all_pages += freesize;
6822
6823                 /*
6824                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6825                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6826                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6827                  */
6828                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6829
6830                 if (!size)
6831                         continue;
6832
6833                 set_pageblock_order();
6834                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6835                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6836                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6837         }
6838 }
6839
6840 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6841 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6842 {
6843         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6844         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6845
6846         /* Skip empty nodes */
6847         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6848                 return;
6849
6850         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6851         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6852         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6853         if (!pgdat->node_mem_map) {
6854                 unsigned long size, end;
6855                 struct page *map;
6856
6857                 /*
6858                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6859                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6860                  * for the buddy allocator to function correctly.
6861                  */
6862                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6863                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6864                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6865                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6866                                           pgdat->node_id);
6867                 if (!map)
6868                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6869                               size, pgdat->node_id);
6870                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6871         }
6872         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6873                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6874                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6875 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6876         /*
6877          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6878          */
6879         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6880                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6881                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6882                         mem_map -= offset;
6883         }
6884 #endif
6885 }
6886 #else
6887 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6888 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6889
6890 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6891 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6892 {
6893         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6894 }
6895 #else
6896 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6897 #endif
6898
6899 static void __init free_area_init_node(int nid)
6900 {
6901         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6902         unsigned long start_pfn = 0;
6903         unsigned long end_pfn = 0;
6904
6905         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6906         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
6907
6908         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6909
6910         pgdat->node_id = nid;
6911         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
6912         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6913
6914         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6915                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6916                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6917         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
6918
6919         alloc_node_mem_map(pgdat);
6920         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6921
6922         free_area_init_core(pgdat);
6923 }
6924
6925 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
6926 {
6927         free_area_init_node(nid);
6928 }
6929
6930 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6931 /*
6932  * Initialize all valid struct pages in the range [spfn, epfn) and mark them
6933  * PageReserved(). Return the number of struct pages that were initialized.
6934  */
6935 static u64 __init init_unavailable_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6936 {
6937         unsigned long pfn;
6938         u64 pgcnt = 0;
6939
6940         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6941                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6942                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6943                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6944                         continue;
6945                 }
6946                 /*
6947                  * Use a fake node/zone (0) for now. Some of these pages
6948                  * (in memblock.reserved but not in memblock.memory) will
6949                  * get re-initialized via reserve_bootmem_region() later.
6950                  */
6951                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, 0, 0);
6952                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6953                 pgcnt++;
6954         }
6955
6956         return pgcnt;
6957 }
6958
6959 /*
6960  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6961  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6962  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6963  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6964  * flags). We must explicitly initialize those struct pages.
6965  *
6966  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6967  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6968  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6969  * layout is manually configured via memmap=, or when the highest physical
6970  * address (max_pfn) does not end on a section boundary.
6971  */
6972 static void __init init_unavailable_mem(void)
6973 {
6974         phys_addr_t start, end;
6975         u64 i, pgcnt;
6976         phys_addr_t next = 0;
6977
6978         /*
6979          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6980          */
6981         pgcnt = 0;
6982         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6983                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6984                 if (next < start)
6985                         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
6986                                                         PFN_UP(start));
6987                 next = end;
6988         }
6989
6990         /*
6991          * Early sections always have a fully populated memmap for the whole
6992          * section - see pfn_valid(). If the last section has holes at the
6993          * end and that section is marked "online", the memmap will be
6994          * considered initialized. Make sure that memmap has a well defined
6995          * state.
6996          */
6997         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
6998                                         round_up(max_pfn, PAGES_PER_SECTION));
6999
7000         /*
7001          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
7002          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
7003          */
7004         if (pgcnt)
7005                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
7006 }
7007 #else
7008 static inline void __init init_unavailable_mem(void)
7009 {
7010 }
7011 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7012
7013 #if MAX_NUMNODES > 1
7014 /*
7015  * Figure out the number of possible node ids.
7016  */
7017 void __init setup_nr_node_ids(void)
7018 {
7019         unsigned int highest;
7020
7021         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7022         nr_node_ids = highest + 1;
7023 }
7024 #endif
7025
7026 /**
7027  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7028  *
7029  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7030  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7031  * all the nodes.
7032  *
7033  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7034  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7035  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7036  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7037  *
7038  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7039  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7040  * populated node map.
7041  *
7042  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7043  * requirement (single node).
7044  */
7045 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7046 {
7047         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7048         unsigned long start, end, mask;
7049         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7050         int i, nid;
7051
7052         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7053                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7054                         last_nid = nid;
7055                         last_end = end;
7056                         continue;
7057                 }
7058
7059                 /*
7060                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7061                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7062                  * too coarse to separate the current node from the last.
7063                  */
7064                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7065                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7066                         mask <<= 1;
7067
7068                 /* accumulate all internode masks */
7069                 accl_mask |= mask;
7070         }
7071
7072         /* convert mask to number of pages */
7073         return ~accl_mask + 1;
7074 }
7075
7076 /**
7077  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7078  *
7079  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7080  * memblock_set_node().
7081  */
7082 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7083 {
7084         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7085 }
7086
7087 /*
7088  * early_calculate_totalpages()
7089  * Sum pages in active regions for movable zone.
7090  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7091  */
7092 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7093 {
7094         unsigned long totalpages = 0;
7095         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7096         int i, nid;
7097
7098         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7099                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7100
7101                 totalpages += pages;
7102                 if (pages)
7103                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7104         }
7105         return totalpages;
7106 }
7107
7108 /*
7109  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7110  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7111  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7112  * others
7113  */
7114 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7115 {
7116         int i, nid;
7117         unsigned long usable_startpfn;
7118         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7119         /* save the state before borrow the nodemask */
7120         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7121         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7122         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7123         struct memblock_region *r;
7124
7125         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7126         find_usable_zone_for_movable();
7127
7128         /*
7129          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7130          * options.
7131          */
7132         if (movable_node_is_enabled()) {
7133                 for_each_memblock(memory, r) {
7134                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7135                                 continue;
7136
7137                         nid = memblock_get_region_node(r);
7138
7139                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7140                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7141                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7142                                 usable_startpfn;
7143                 }
7144
7145                 goto out2;
7146         }
7147
7148         /*
7149          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7150          */
7151         if (mirrored_kernelcore) {
7152                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7153
7154                 for_each_memblock(memory, r) {
7155                         if (memblock_is_mirror(r))
7156                                 continue;
7157
7158                         nid = memblock_get_region_node(r);
7159
7160                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7161
7162                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7163                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7164                                 continue;
7165                         }
7166
7167                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7168                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7169                                 usable_startpfn;
7170                 }
7171
7172                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7173                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7174
7175                 goto out2;
7176         }
7177
7178         /*
7179          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7180          * amount of necessary memory.
7181          */
7182         if (required_kernelcore_percent)
7183                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7184                                        10000UL;
7185         if (required_movablecore_percent)
7186                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7187                                         10000UL;
7188
7189         /*
7190          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7191          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7192          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7193          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7194          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7195          * what movablecore would have allowed.
7196          */
7197         if (required_movablecore) {
7198                 unsigned long corepages;
7199
7200                 /*
7201                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7202                  * was requested by the user
7203                  */
7204                 required_movablecore =
7205                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7206                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7207                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7208
7209                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7210         }
7211
7212         /*
7213          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7214          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7215          */
7216         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7217                 goto out;
7218
7219         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7220         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7221
7222 restart:
7223         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7224         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7225         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7226                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7227
7228                 /*
7229                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7230                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7231                  * amount of memory for the kernel
7232                  */
7233                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7234                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7235
7236                 /*
7237                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7238                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7239                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7240                  */
7241                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7242
7243                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7244                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7245                         unsigned long size_pages;
7246
7247                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7248                         if (start_pfn >= end_pfn)
7249                                 continue;
7250
7251                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7252                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7253                                 unsigned long kernel_pages;
7254                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7255                                                                 - start_pfn;
7256
7257                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7258                                                         kernelcore_remaining);
7259                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7260                                                         required_kernelcore);
7261
7262                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7263                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7264
7265                                         /*
7266                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7267                                          * that if we have to rebalance
7268                                          * kernelcore across nodes, we will
7269                                          * not double account here
7270                                          */
7271                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7272                                         continue;
7273                                 }
7274                                 start_pfn = usable_startpfn;
7275                         }
7276
7277                         /*
7278                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7279                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7280                          * number of pages used as kernelcore
7281                          */
7282                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7283                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7284                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7285                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7286
7287                         /*
7288                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7289                          * break if the kernelcore for this node has been
7290                          * satisfied
7291                          */
7292                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7293                                                                 size_pages);
7294                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7295                         if (!kernelcore_remaining)
7296                                 break;
7297                 }
7298         }
7299
7300         /*
7301          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7302          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7303          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7304          * satisfied
7305          */
7306         usable_nodes--;
7307         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7308                 goto restart;
7309
7310 out2:
7311         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7312         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7313                 zone_movable_pfn[nid] =
7314                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7315
7316 out:
7317         /* restore the node_state */
7318         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7319 }
7320
7321 /* Any regular or high memory on that node ? */
7322 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7323 {
7324         enum zone_type zone_type;
7325
7326         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7327                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7328                 if (populated_zone(zone)) {
7329                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7330                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7331                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7332                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7333                         break;
7334                 }
7335         }
7336 }
7337
7338 /*
7339  * Some architecturs, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7340  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7341  */
7342 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7343 {
7344         return false;
7345 }
7346
7347 /**
7348  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7349  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7350  *
7351  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7352  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7353  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7354  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7355  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7356  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7357  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7358  * at arch_max_dma_pfn.
7359  */
7360 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7361 {
7362         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7363         int i, nid, zone;
7364         bool descending;
7365
7366         /* Record where the zone boundaries are */
7367         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7368                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7369         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7370                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7371
7372         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7373         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7374
7375         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7376                 if (descending)
7377                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7378                 else
7379                         zone = i;
7380
7381                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7382                         continue;
7383
7384                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7385                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7386                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7387
7388                 start_pfn = end_pfn;
7389         }
7390
7391         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7392         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7393         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7394
7395         /* Print out the zone ranges */
7396         pr_info("Zone ranges:\n");
7397         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7398                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7399                         continue;
7400                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7401                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7402                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7403                         pr_cont("empty\n");
7404                 else
7405                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7406                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7407                                         << PAGE_SHIFT,
7408                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7409                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7410         }
7411
7412         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7413         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7414         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7415                 if (zone_movable_pfn[i])
7416                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7417                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7418         }
7419
7420         /*
7421          * Print out the early node map, and initialize the
7422          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7423          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7424          */
7425         pr_info("Early memory node ranges\n");
7426         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7427                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7428                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7429                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7430                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7431         }
7432
7433         /* Initialise every node */
7434         mminit_verify_pageflags_layout();
7435         setup_nr_node_ids();
7436         init_unavailable_mem();
7437         for_each_online_node(nid) {
7438                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7439                 free_area_init_node(nid);
7440
7441                 /* Any memory on that node */
7442                 if (pgdat->node_present_pages)
7443                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7444                 check_for_memory(pgdat, nid);
7445         }
7446 }
7447
7448 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7449                                      unsigned long *percent)
7450 {
7451         unsigned long long coremem;
7452         char *endptr;
7453
7454         if (!p)
7455                 return -EINVAL;
7456
7457         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7458         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7459         if (*endptr == '%') {
7460                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7461                 WARN_ON(coremem > 100);
7462
7463                 *percent = coremem;
7464         } else {
7465                 coremem = memparse(p, &p);
7466                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7467                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7468
7469                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7470                 *percent = 0UL;
7471         }
7472         return 0;
7473 }
7474
7475 /*
7476  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7477  * cannot be reclaimed or migrated.
7478  */
7479 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7480 {
7481         /* parse kernelcore=mirror */
7482         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7483                 mirrored_kernelcore = true;
7484                 return 0;
7485         }
7486
7487         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7488                                   &required_kernelcore_percent);
7489 }
7490
7491 /*
7492  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7493  * can be reclaimed or migrated.
7494  */
7495 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7496 {
7497         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7498                                   &required_movablecore_percent);
7499 }
7500
7501 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7502 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7503
7504 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7505 {
7506         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7507         totalram_pages_add(count);
7508 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7509         if (PageHighMem(page))
7510                 totalhigh_pages_add(count);
7511 #endif
7512 }
7513 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7514
7515 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7516 {
7517         void *pos;
7518         unsigned long pages = 0;
7519
7520         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7521         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7522         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7523                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7524                 void *direct_map_addr;
7525
7526                 /*
7527                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7528                  * because some architectures' virt_to_page()
7529                  * work with aliases.  Getting the direct map
7530                  * address ensures that we get a _writeable_
7531                  * alias for the memset().
7532                  */
7533                 direct_map_addr = page_address(page);
7534                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7535                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7536
7537                 free_reserved_page(page);
7538         }
7539
7540         if (pages && s)
7541                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7542                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7543
7544         return pages;
7545 }
7546
7547 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7548 void free_highmem_page(struct page *page)
7549 {
7550         __free_reserved_page(page);
7551         totalram_pages_inc();
7552         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7553         totalhigh_pages_inc();
7554 }
7555 #endif
7556
7557
7558 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7559 {
7560         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7561         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7562
7563         physpages = get_num_physpages();
7564         codesize = _etext - _stext;
7565         datasize = _edata - _sdata;
7566         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7567         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7568         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7569         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7570
7571         /*
7572          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7573          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7574          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7575          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7576          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7577          */
7578 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7579         do { \
7580                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7581                         size -= adj; \
7582         } while (0)
7583
7584         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7585                      _sinittext, init_code_size);
7586         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7587         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7588         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7589         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7590
7591 #undef  adj_init_size
7592
7593         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7594 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7595                 ", %luK highmem"
7596 #endif
7597                 "%s%s)\n",
7598                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7599                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7600                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7601                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7602                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7603                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7604 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7605                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7606 #endif
7607                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7608 }
7609
7610 /**
7611  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7612  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7613  *
7614  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7615  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7616  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7617  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7618  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7619  * smaller per-cpu batchsize.
7620  */
7621 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7622 {
7623         dma_reserve = new_dma_reserve;
7624 }
7625
7626 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7627 {
7628
7629         lru_add_drain_cpu(cpu);
7630         drain_pages(cpu);
7631
7632         /*
7633          * Spill the event counters of the dead processor
7634          * into the current processors event counters.
7635          * This artificially elevates the count of the current
7636          * processor.
7637          */
7638         vm_events_fold_cpu(cpu);
7639
7640         /*
7641          * Zero the differential counters of the dead processor
7642          * so that the vm statistics are consistent.
7643          *
7644          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7645          * race with what we are doing.
7646          */
7647         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7648         return 0;
7649 }
7650
7651 #ifdef CONFIG_NUMA
7652 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7653
7654 static int __init set_hashdist(char *str)
7655 {
7656         if (!str)
7657                 return 0;
7658         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7659         return 1;
7660 }
7661 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7662 #endif
7663
7664 void __init page_alloc_init(void)
7665 {
7666         int ret;
7667
7668 #ifdef CONFIG_NUMA
7669         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7670                 hashdist = 0;
7671 #endif
7672
7673         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7674                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7675                                         page_alloc_cpu_dead);
7676         WARN_ON(ret < 0);
7677 }
7678
7679 /*
7680  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7681  *      or min_free_kbytes changes.
7682  */
7683 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7684 {
7685         struct pglist_data *pgdat;
7686         unsigned long reserve_pages = 0;
7687         enum zone_type i, j;
7688
7689         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7690
7691                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7692
7693                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7694                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7695                         long max = 0;
7696                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7697
7698                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7699                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7700                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7701                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7702                         }
7703
7704                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7705                         max += high_wmark_pages(zone);
7706
7707                         if (max > managed_pages)
7708                                 max = managed_pages;
7709
7710                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7711
7712                         reserve_pages += max;
7713                 }
7714         }
7715         totalreserve_pages = reserve_pages;
7716 }
7717
7718 /*
7719  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7720  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7721  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7722  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7723  */
7724 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7725 {
7726         struct pglist_data *pgdat;
7727         enum zone_type j, idx;
7728
7729         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7730                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7731                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7732                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7733
7734                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7735
7736                         idx = j;
7737                         while (idx) {
7738                                 struct zone *lower_zone;
7739
7740                                 idx--;
7741                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7742
7743                                 if (!sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] ||
7744                                     !zone_managed_pages(lower_zone)) {
7745                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7746                                         continue;
7747                                 } else {
7748                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7749                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7750                                 }
7751                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7752                         }
7753                 }
7754         }
7755
7756         /* update totalreserve_pages */
7757         calculate_totalreserve_pages();
7758 }
7759
7760 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7761 {
7762         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7763         unsigned long lowmem_pages = 0;
7764         struct zone *zone;
7765         unsigned long flags;
7766
7767         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7768         for_each_zone(zone) {
7769                 if (!is_highmem(zone))
7770                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7771         }
7772
7773         for_each_zone(zone) {
7774                 u64 tmp;
7775
7776                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7777                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7778                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7779                 if (is_highmem(zone)) {
7780                         /*
7781                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7782                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7783                          * value here.
7784                          *
7785                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7786                          * deltas control async page reclaim, and so should
7787                          * not be capped for highmem.
7788                          */
7789                         unsigned long min_pages;
7790
7791                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7792                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7793                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7794                 } else {
7795                         /*
7796                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7797                          * proportionate to the zone's size.
7798                          */
7799                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7800                 }
7801
7802                 /*
7803                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7804                  * scale factor in proportion to available memory, but
7805                  * ensure a minimum size on small systems.
7806                  */
7807                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7808                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7809                                       watermark_scale_factor, 10000));
7810
7811                 zone->watermark_boost = 0;
7812                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7813                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7814
7815                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7816         }
7817
7818         /* update totalreserve_pages */
7819         calculate_totalreserve_pages();
7820 }
7821
7822 /**
7823  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7824  * or when memory is hot-{added|removed}
7825  *
7826  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7827  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7828  */
7829 void setup_per_zone_wmarks(void)
7830 {
7831         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7832
7833         spin_lock(&lock);
7834         __setup_per_zone_wmarks();
7835         spin_unlock(&lock);
7836 }
7837
7838 /*
7839  * Initialise min_free_kbytes.
7840  *
7841  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7842  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
7843  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7844  *
7845  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7846  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7847  *
7848  * which yields
7849  *
7850  * 16MB:        512k
7851  * 32MB:        724k
7852  * 64MB:        1024k
7853  * 128MB:       1448k
7854  * 256MB:       2048k
7855  * 512MB:       2896k
7856  * 1024MB:      4096k
7857  * 2048MB:      5792k
7858  * 4096MB:      8192k
7859  * 8192MB:      11584k
7860  * 16384MB:     16384k
7861  */
7862 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7863 {
7864         unsigned long lowmem_kbytes;
7865         int new_min_free_kbytes;
7866
7867         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7868         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7869
7870         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7871                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7872                 if (min_free_kbytes < 128)
7873                         min_free_kbytes = 128;
7874                 if (min_free_kbytes > 262144)
7875                         min_free_kbytes = 262144;
7876         } else {
7877                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7878                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7879         }
7880         setup_per_zone_wmarks();
7881         refresh_zone_stat_thresholds();
7882         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7883
7884 #ifdef CONFIG_NUMA
7885         setup_min_unmapped_ratio();
7886         setup_min_slab_ratio();
7887 #endif
7888
7889         return 0;
7890 }
7891 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7892
7893 /*
7894  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7895  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7896  *      changes.
7897  */
7898 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7899                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7900 {
7901         int rc;
7902
7903         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7904         if (rc)
7905                 return rc;
7906
7907         if (write) {
7908                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7909                 setup_per_zone_wmarks();
7910         }
7911         return 0;
7912 }
7913
7914 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7915                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7916 {
7917         int rc;
7918
7919         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7920         if (rc)
7921                 return rc;
7922
7923         if (write)
7924                 setup_per_zone_wmarks();
7925
7926         return 0;
7927 }
7928
7929 #ifdef CONFIG_NUMA
7930 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7931 {
7932         pg_data_t *pgdat;
7933         struct zone *zone;
7934
7935         for_each_online_pgdat(pgdat)
7936                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7937
7938         for_each_zone(zone)
7939                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7940                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7941 }
7942
7943
7944 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7945                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7946 {
7947         int rc;
7948
7949         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7950         if (rc)
7951                 return rc;
7952
7953         setup_min_unmapped_ratio();
7954
7955         return 0;
7956 }
7957
7958 static void setup_min_slab_ratio(void)
7959 {
7960         pg_data_t *pgdat;
7961         struct zone *zone;
7962
7963         for_each_online_pgdat(pgdat)
7964                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7965
7966         for_each_zone(zone)
7967                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7968                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7969 }
7970
7971 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7972                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7973 {
7974         int rc;
7975
7976         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7977         if (rc)
7978                 return rc;
7979
7980         setup_min_slab_ratio();
7981
7982         return 0;
7983 }
7984 #endif
7985
7986 /*
7987  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7988  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7989  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7990  *
7991  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7992  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7993  * if in function of the boot time zone sizes.
7994  */
7995 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7996                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7997 {
7998         int i;
7999
8000         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8001
8002         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8003                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8004                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8005         }
8006
8007         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8008         return 0;
8009 }
8010
8011 static void __zone_pcp_update(struct zone *zone)
8012 {
8013         unsigned int cpu;
8014
8015         for_each_possible_cpu(cpu)
8016                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8017                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8018 }
8019
8020 /*
8021  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8022  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8023  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8024  */
8025 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8026                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8027 {
8028         struct zone *zone;
8029         int old_percpu_pagelist_fraction;
8030         int ret;
8031
8032         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8033         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8034
8035         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8036         if (!write || ret < 0)
8037                 goto out;
8038
8039         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8040         if (percpu_pagelist_fraction &&
8041             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8042                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8043                 ret = -EINVAL;
8044                 goto out;
8045         }
8046
8047         /* No change? */
8048         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8049                 goto out;
8050
8051         for_each_populated_zone(zone)
8052                 __zone_pcp_update(zone);
8053 out:
8054         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8055         return ret;
8056 }
8057
8058 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8059 /*
8060  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8061  * is not known to alloc_large_system_hash().
8062  */
8063 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8064 {
8065         return 0;
8066 }
8067 #endif
8068
8069 /*
8070  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8071  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8072  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8073  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8074  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8075  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8076  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8077  */
8078 #if __BITS_PER_LONG > 32
8079 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8080 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8081 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8082 #endif
8083
8084 /*
8085  * allocate a large system hash table from bootmem
8086  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8087  *   quantity of entries
8088  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8089  */
8090 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8091                                      unsigned long bucketsize,
8092                                      unsigned long numentries,
8093                                      int scale,
8094                                      int flags,
8095                                      unsigned int *_hash_shift,
8096                                      unsigned int *_hash_mask,
8097                                      unsigned long low_limit,
8098                                      unsigned long high_limit)
8099 {
8100         unsigned long long max = high_limit;
8101         unsigned long log2qty, size;
8102         void *table = NULL;
8103         gfp_t gfp_flags;
8104         bool virt;
8105
8106         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8107         if (!numentries) {
8108                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8109                 numentries = nr_kernel_pages;
8110                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8111
8112                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8113                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8114                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8115
8116 #if __BITS_PER_LONG > 32
8117                 if (!high_limit) {
8118                         unsigned long adapt;
8119
8120                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8121                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8122                                 scale++;
8123                 }
8124 #endif
8125
8126                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8127                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8128                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8129                 else
8130                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8131
8132                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8133                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8134                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8135                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8136                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8137                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8138                                 BUG_ON(!numentries);
8139                         }
8140                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8141                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8142         }
8143         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8144
8145         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8146         if (max == 0) {
8147                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8148                 do_div(max, bucketsize);
8149         }
8150         max = min(max, 0x80000000ULL);
8151
8152         if (numentries < low_limit)
8153                 numentries = low_limit;
8154         if (numentries > max)
8155                 numentries = max;
8156
8157         log2qty = ilog2(numentries);
8158
8159         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8160         do {
8161                 virt = false;
8162                 size = bucketsize << log2qty;
8163                 if (flags & HASH_EARLY) {
8164                         if (flags & HASH_ZERO)
8165                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8166                         else
8167                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8168                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8169                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8170                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8171                         virt = true;
8172                 } else {
8173                         /*
8174                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8175                          * some pages at the end of hash table which
8176                          * alloc_pages_exact() automatically does
8177                          */
8178                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8179                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8180                 }
8181         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8182
8183         if (!table)
8184                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8185
8186         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8187                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8188                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8189
8190         if (_hash_shift)
8191                 *_hash_shift = log2qty;
8192         if (_hash_mask)
8193                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8194
8195         return table;
8196 }
8197
8198 /*
8199  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8200  *
8201  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8202  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8203  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8204  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8205  *
8206  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8207  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8208  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8209  *
8210  */
8211 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8212                                  int migratetype, int flags)
8213 {
8214         unsigned long iter = 0;
8215         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8216
8217         /*
8218          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8219          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8220          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8221          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8222          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8223          */
8224
8225         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8226                 /*
8227                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8228                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8229                  * so consider them movable here.
8230                  */
8231                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8232                         return NULL;
8233
8234                 return page;
8235         }
8236
8237         for (; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8238                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8239                         continue;
8240
8241                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8242
8243                 if (PageReserved(page))
8244                         return page;
8245
8246                 /*
8247                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8248                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8249                  * is movable.
8250                  */
8251                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8252                         continue;
8253
8254                 /*
8255                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8256                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8257                  * We need not scan over tail pages because we don't
8258                  * handle each tail page individually in migration.
8259                  */
8260                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8261                         struct page *head = compound_head(page);
8262                         unsigned int skip_pages;
8263
8264                         if (PageHuge(page)) {
8265                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8266                                         return page;
8267                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8268                                 return page;
8269                         }
8270
8271                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8272                         iter += skip_pages - 1;
8273                         continue;
8274                 }
8275
8276                 /*
8277                  * We can't use page_count without pin a page
8278                  * because another CPU can free compound page.
8279                  * This check already skips compound tails of THP
8280                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8281                  */
8282                 if (!page_ref_count(page)) {
8283                         if (PageBuddy(page))
8284                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8285                         continue;
8286                 }
8287
8288                 /*
8289                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8290                  * page_count() is not 0.
8291                  */
8292                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8293                         continue;
8294
8295                 /*
8296                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8297                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8298                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8299                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8300                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8301                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8302                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8303                  * (false negatives in this function only)
8304                  */
8305                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8306                         continue;
8307
8308                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8309                         continue;
8310
8311                 /*
8312                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8313                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8314                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8315                  */
8316                 /*
8317                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8318                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8319                  *
8320                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8321                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8322                  * page at boot.
8323                  */
8324                 return page;
8325         }
8326         return NULL;
8327 }
8328
8329 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8330 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8331 {
8332         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8333                              pageblock_nr_pages) - 1);
8334 }
8335
8336 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8337 {
8338         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8339                                 pageblock_nr_pages));
8340 }
8341
8342 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8343 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8344                                         unsigned long start, unsigned long end)
8345 {
8346         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8347         unsigned int nr_reclaimed;
8348         unsigned long pfn = start;
8349         unsigned int tries = 0;
8350         int ret = 0;
8351         struct migration_target_control mtc = {
8352                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
8353                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
8354         };
8355
8356         migrate_prep();
8357
8358         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8359                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8360                         ret = -EINTR;
8361                         break;
8362                 }
8363
8364                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8365                         cc->nr_migratepages = 0;
8366                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8367                         if (!pfn) {
8368                                 ret = -EINTR;
8369                                 break;
8370                         }
8371                         tries = 0;
8372                 } else if (++tries == 5) {
8373                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8374                         break;
8375                 }
8376
8377                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8378                                                         &cc->migratepages);
8379                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8380
8381                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
8382                                 NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8383         }
8384         if (ret < 0) {
8385                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8386                 return ret;
8387         }
8388         return 0;
8389 }
8390
8391 /**
8392  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8393  * @start:      start PFN to allocate
8394  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8395  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8396  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8397  *                      in range must have the same migratetype and it must
8398  *                      be either of the two.
8399  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8400  *
8401  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8402  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8403  *
8404  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8405  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8406  * be modified by others.
8407  *
8408  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8409  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8410  * need to be freed with free_contig_range().
8411  */
8412 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8413                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8414 {
8415         unsigned long outer_start, outer_end;
8416         unsigned int order;
8417         int ret = 0;
8418
8419         struct compact_control cc = {
8420                 .nr_migratepages = 0,
8421                 .order = -1,
8422                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8423                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8424                 .ignore_skip_hint = true,
8425                 .no_set_skip_hint = true,
8426                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8427                 .alloc_contig = true,
8428         };
8429         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8430
8431         /*
8432          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8433          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8434          * have different sizes, and due to the way page allocator
8435          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8436          * that page allocator won't try to merge buddies from
8437          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8438          * other migration type.
8439          *
8440          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8441          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8442          * we are interested in).  This will put all the pages in
8443          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8444          *
8445          * When this is done, we take the pages in range from page
8446          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8447          * page allocator will never consider using them.
8448          *
8449          * This lets us mark the pageblocks back as
8450          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8451          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8452          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8453          */
8454
8455         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8456                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8457         if (ret < 0)
8458                 return ret;
8459
8460         /*
8461          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8462          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8463          * which will report the busy page.
8464          *
8465          * It is possible that busy pages could become available before
8466          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8467          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8468          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8469          */
8470         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8471         if (ret && ret != -EBUSY)
8472                 goto done;
8473         ret =0;
8474
8475         /*
8476          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8477          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8478          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8479          * What we are going to do is to allocate all pages from
8480          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8481          *
8482          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8483          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8484          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8485          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8486          * once this is done free the pages we are not interested in.
8487          *
8488          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8489          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8490          */
8491
8492         lru_add_drain_all();
8493
8494         order = 0;
8495         outer_start = start;
8496         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8497                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8498                         outer_start = start;
8499                         break;
8500                 }
8501                 outer_start &= ~0UL << order;
8502         }
8503
8504         if (outer_start != start) {
8505                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8506
8507                 /*
8508                  * outer_start page could be small order buddy page and
8509                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8510                  * in this case to report failed page properly
8511                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8512                  */
8513                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8514                         outer_start = start;
8515         }
8516
8517         /* Make sure the range is really isolated. */
8518         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8519                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8520                         __func__, outer_start, end);
8521                 ret = -EBUSY;
8522                 goto done;
8523         }
8524
8525         /* Grab isolated pages from freelists. */
8526         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8527         if (!outer_end) {
8528                 ret = -EBUSY;
8529                 goto done;
8530         }
8531
8532         /* Free head and tail (if any) */
8533         if (start != outer_start)
8534                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8535         if (end != outer_end)
8536                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8537
8538 done:
8539         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8540                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8541         return ret;
8542 }
8543 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
8544
8545 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8546                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8547 {
8548         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8549
8550         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8551                                   gfp_mask);
8552 }
8553
8554 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8555                                    unsigned long nr_pages)
8556 {
8557         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8558         struct page *page;
8559
8560         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8561                 page = pfn_to_online_page(i);
8562                 if (!page)
8563                         return false;
8564
8565                 if (page_zone(page) != z)
8566                         return false;
8567
8568                 if (PageReserved(page))
8569                         return false;
8570
8571                 if (page_count(page) > 0)
8572                         return false;
8573
8574                 if (PageHuge(page))
8575                         return false;
8576         }
8577         return true;
8578 }
8579
8580 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8581                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8582 {
8583         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8584
8585         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8586 }
8587
8588 /**
8589  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8590  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8591  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8592  * @nid:        Target node
8593  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8594  *
8595  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8596  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8597  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8598  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8599  *
8600  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8601  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8602  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8603  *
8604  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8605  * __free_page() on each allocated page.
8606  *
8607  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8608  */
8609 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8610                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8611 {
8612         unsigned long ret, pfn, flags;
8613         struct zonelist *zonelist;
8614         struct zone *zone;
8615         struct zoneref *z;
8616
8617         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
8618         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
8619                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
8620                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8621
8622                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
8623                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
8624                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
8625                                 /*
8626                                  * We release the zone lock here because
8627                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
8628                                  * at some point. If there's an allocation
8629                                  * spinning on this lock, it may win the race
8630                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
8631                                  */
8632                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8633                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
8634                                                         gfp_mask);
8635                                 if (!ret)
8636                                         return pfn_to_page(pfn);
8637                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8638                         }
8639                         pfn += nr_pages;
8640                 }
8641                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8642         }
8643         return NULL;
8644 }
8645 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8646
8647 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8648 {
8649         unsigned int count = 0;
8650
8651         for (; nr_pages--; pfn++) {
8652                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8653
8654                 count += page_count(page) != 1;
8655                 __free_page(page);
8656         }
8657         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8658 }
8659 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
8660
8661 /*
8662  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8663  * page high values need to be recalulated.
8664  */
8665 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8666 {
8667         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8668         __zone_pcp_update(zone);
8669         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8670 }
8671
8672 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8673 {
8674         unsigned long flags;
8675         int cpu;
8676         struct per_cpu_pageset *pset;
8677
8678         /* avoid races with drain_pages()  */
8679         local_irq_save(flags);
8680         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8681                 for_each_online_cpu(cpu) {
8682                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8683                         drain_zonestat(zone, pset);
8684                 }
8685                 free_percpu(zone->pageset);
8686                 zone->pageset = &boot_pageset;
8687         }
8688         local_irq_restore(flags);
8689 }
8690
8691 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8692 /*
8693  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8694  * before calling this.
8695  */
8696 unsigned long
8697 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8698 {
8699         struct page *page;
8700         struct zone *zone;
8701         unsigned int order;
8702         unsigned long pfn;
8703         unsigned long flags;
8704         unsigned long offlined_pages = 0;
8705
8706         /* find the first valid pfn */
8707         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8708                 if (pfn_valid(pfn))
8709                         break;
8710         if (pfn == end_pfn)
8711                 return offlined_pages;
8712
8713         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8714         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8715         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8716         pfn = start_pfn;
8717         while (pfn < end_pfn) {
8718                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8719                         pfn++;
8720                         continue;
8721                 }
8722                 page = pfn_to_page(pfn);
8723                 /*
8724                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8725                  * page_count() is not 0.
8726                  */
8727                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8728                         pfn++;
8729                         offlined_pages++;
8730                         continue;
8731                 }
8732                 /*
8733                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
8734                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
8735                  */
8736                 if (PageOffline(page)) {
8737                         BUG_ON(page_count(page));
8738                         BUG_ON(PageBuddy(page));
8739                         pfn++;
8740                         offlined_pages++;
8741                         continue;
8742                 }
8743
8744                 BUG_ON(page_count(page));
8745                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8746                 order = page_order(page);
8747                 offlined_pages += 1 << order;
8748                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
8749                 pfn += (1 << order);
8750         }
8751         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8752
8753         return offlined_pages;
8754 }
8755 #endif
8756
8757 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8758 {
8759         struct zone *zone = page_zone(page);
8760         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8761         unsigned long flags;
8762         unsigned int order;
8763
8764         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8765         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8766                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8767
8768                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8769                         break;
8770         }
8771         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8772
8773         return order < MAX_ORDER;
8774 }
8775
8776 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8777 /*
8778  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8779  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8780  * allocation.
8781  */
8782 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8783 {
8784         struct zone *zone = page_zone(page);
8785         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8786         unsigned long flags;
8787         unsigned int order;
8788         bool hwpoisoned = false;
8789
8790         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8791         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8792                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8793
8794                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8795                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8796                                 hwpoisoned = true;
8797                         break;
8798                 }
8799         }
8800         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8801
8802         return hwpoisoned;
8803 }
8804 #endif