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