Merge tag 'hsi-for-5.16' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/sre/linux-hsi
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/mmu_notifier.h>
61 #include <linux/migrate.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/sched/mm.h>
65 #include <linux/page_owner.h>
66 #include <linux/kthread.h>
67 #include <linux/memcontrol.h>
68 #include <linux/ftrace.h>
69 #include <linux/lockdep.h>
70 #include <linux/nmi.h>
71 #include <linux/psi.h>
72 #include <linux/padata.h>
73 #include <linux/khugepaged.h>
74 #include <linux/buffer_head.h>
75 #include <asm/sections.h>
76 #include <asm/tlbflush.h>
77 #include <asm/div64.h>
78 #include "internal.h"
79 #include "shuffle.h"
80 #include "page_reporting.h"
81
82 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
83 typedef int __bitwise fpi_t;
84
85 /* No special request */
86 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
87
88 /*
89  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
90  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
91  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
92  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
93  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
94  * putting it back unmodified.
95  */
96 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
97
98 /*
99  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
100  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
101  * shuffle the whole zone).
102  *
103  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
104  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
105  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
106  *       reporting).
107  */
108 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
109
110 /*
111  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
112  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
113  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
114  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
115  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
116  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
117  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
118  */
119 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
120
121 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
122 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
123 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
124
125 struct pagesets {
126         local_lock_t lock;
127 };
128 static DEFINE_PER_CPU(struct pagesets, pagesets) = {
129         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
130 };
131
132 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
133 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
134 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
135 #endif
136
137 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
138
139 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
140 /*
141  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
142  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
143  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
144  * defined in <linux/topology.h>.
145  */
146 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
147 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
148 #endif
149
150 /* work_structs for global per-cpu drains */
151 struct pcpu_drain {
152         struct zone *zone;
153         struct work_struct work;
154 };
155 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
156 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
157
158 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
159 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
160 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
161 #endif
162
163 /*
164  * Array of node states.
165  */
166 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
167         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
168         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
169 #ifndef CONFIG_NUMA
170         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
171 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
172         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
173 #endif
174         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
175         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
176 #endif  /* NUMA */
177 };
178 EXPORT_SYMBOL(node_states);
179
180 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
181 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
182 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
183 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
184
185 int percpu_pagelist_high_fraction;
186 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
187 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
188 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
189
190 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
191 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
192
193 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
194                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
195 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
196 {
197
198         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
199 }
200 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
201
202 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
203                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
204 static int __init early_init_on_free(char *buf)
205 {
206         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
207 }
208 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
209
210 /*
211  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
212  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
213  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
214  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
215  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
216  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
217  */
218 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
219 {
220         return page->index;
221 }
222
223 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
224 {
225         page->index = migratetype;
226 }
227
228 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
229 /*
230  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
231  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
232  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
233  * they should always be called with system_transition_mutex held
234  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
235  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
236  * with that modification).
237  */
238
239 static gfp_t saved_gfp_mask;
240
241 void pm_restore_gfp_mask(void)
242 {
243         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
244         if (saved_gfp_mask) {
245                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
246                 saved_gfp_mask = 0;
247         }
248 }
249
250 void pm_restrict_gfp_mask(void)
251 {
252         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
253         WARN_ON(saved_gfp_mask);
254         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
255         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
256 }
257
258 bool pm_suspended_storage(void)
259 {
260         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
261                 return false;
262         return true;
263 }
264 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
265
266 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
267 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
268 #endif
269
270 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
271                             fpi_t fpi_flags);
272
273 /*
274  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
275  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
276  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
277  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
278  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
279  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
280  *
281  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
282  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
283  */
284 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
285 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
286         [ZONE_DMA] = 256,
287 #endif
288 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
289         [ZONE_DMA32] = 256,
290 #endif
291         [ZONE_NORMAL] = 32,
292 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
293         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
294 #endif
295         [ZONE_MOVABLE] = 0,
296 };
297
298 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
299 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
300          "DMA",
301 #endif
302 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
303          "DMA32",
304 #endif
305          "Normal",
306 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
307          "HighMem",
308 #endif
309          "Movable",
310 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
311          "Device",
312 #endif
313 };
314
315 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
316         "Unmovable",
317         "Movable",
318         "Reclaimable",
319         "HighAtomic",
320 #ifdef CONFIG_CMA
321         "CMA",
322 #endif
323 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
324         "Isolate",
325 #endif
326 };
327
328 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
329         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
330         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
331 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
332         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
333 #endif
334 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
335         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
336 #endif
337 };
338
339 int min_free_kbytes = 1024;
340 int user_min_free_kbytes = -1;
341 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
342 int watermark_scale_factor = 10;
343
344 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
345 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
346 static unsigned long dma_reserve __initdata;
347
348 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
349 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
350 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
351 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
352 static unsigned long required_movablecore __initdata;
353 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
354 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
355 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
356
357 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
358 int movable_zone;
359 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
360
361 #if MAX_NUMNODES > 1
362 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
363 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
364 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
365 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
366 #endif
367
368 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
369
370 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
371 /*
372  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
373  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
374  * and we can permanently disable that path.
375  */
376 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
377
378 /*
379  * Calling kasan_poison_pages() only after deferred memory initialization
380  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
381  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
382  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
383  *
384  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
385  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
386  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
387  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
388  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
389  * initialization is done, but this is not likely to happen.
390  */
391 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
392 {
393         return static_branch_unlikely(&deferred_pages) ||
394                (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
395                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
396                PageSkipKASanPoison(page);
397 }
398
399 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
400 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
401 {
402         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
403
404         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
405                 return true;
406
407         return false;
408 }
409
410 /*
411  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
412  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
413  */
414 static bool __meminit
415 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
416 {
417         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
418
419         /*
420          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
421          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
422          */
423         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
424                 prev_end_pfn = end_pfn;
425                 nr_initialised = 0;
426         }
427
428         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
429         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
430                 return false;
431
432         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
433                 return true;
434         /*
435          * We start only with one section of pages, more pages are added as
436          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
437          */
438         nr_initialised++;
439         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
440             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
441                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
442                 return true;
443         }
444         return false;
445 }
446 #else
447 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
448 {
449         return (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
450                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
451                PageSkipKASanPoison(page);
452 }
453
454 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
455 {
456         return false;
457 }
458
459 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
460 {
461         return false;
462 }
463 #endif
464
465 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
466 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
467                                                         unsigned long pfn)
468 {
469 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
470         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
471 #else
472         return page_zone(page)->pageblock_flags;
473 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
474 }
475
476 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
477 {
478 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
479         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
480 #else
481         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
482 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
483         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
484 }
485
486 static __always_inline
487 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
488                                         unsigned long pfn,
489                                         unsigned long mask)
490 {
491         unsigned long *bitmap;
492         unsigned long bitidx, word_bitidx;
493         unsigned long word;
494
495         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
496         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
497         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
498         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
499
500         word = bitmap[word_bitidx];
501         return (word >> bitidx) & mask;
502 }
503
504 /**
505  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
506  * @page: The page within the block of interest
507  * @pfn: The target page frame number
508  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
509  *
510  * Return: pageblock_bits flags
511  */
512 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
513                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
514 {
515         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
516 }
517
518 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
519                                         unsigned long pfn)
520 {
521         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
522 }
523
524 /**
525  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
526  * @page: The page within the block of interest
527  * @flags: The flags to set
528  * @pfn: The target page frame number
529  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
530  */
531 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
532                                         unsigned long pfn,
533                                         unsigned long mask)
534 {
535         unsigned long *bitmap;
536         unsigned long bitidx, word_bitidx;
537         unsigned long old_word, word;
538
539         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
540         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
541
542         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
543         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
544         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
545         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
546
547         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
548
549         mask <<= bitidx;
550         flags <<= bitidx;
551
552         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
553         for (;;) {
554                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
555                 if (word == old_word)
556                         break;
557                 word = old_word;
558         }
559 }
560
561 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
562 {
563         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
564                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
565                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
566
567         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
568                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
569 }
570
571 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
572 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
573 {
574         int ret = 0;
575         unsigned seq;
576         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
577         unsigned long sp, start_pfn;
578
579         do {
580                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
581                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
582                 sp = zone->spanned_pages;
583                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
584                         ret = 1;
585         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
586
587         if (ret)
588                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
589                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
590                         start_pfn, start_pfn + sp);
591
592         return ret;
593 }
594
595 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
596 {
597         if (zone != page_zone(page))
598                 return 0;
599
600         return 1;
601 }
602 /*
603  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
604  */
605 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
606 {
607         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
608                 return 1;
609         if (!page_is_consistent(zone, page))
610                 return 1;
611
612         return 0;
613 }
614 #else
615 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
616 {
617         return 0;
618 }
619 #endif
620
621 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
622 {
623         static unsigned long resume;
624         static unsigned long nr_shown;
625         static unsigned long nr_unshown;
626
627         /*
628          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
629          * or allow a steady drip of one report per second.
630          */
631         if (nr_shown == 60) {
632                 if (time_before(jiffies, resume)) {
633                         nr_unshown++;
634                         goto out;
635                 }
636                 if (nr_unshown) {
637                         pr_alert(
638                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
639                                 nr_unshown);
640                         nr_unshown = 0;
641                 }
642                 nr_shown = 0;
643         }
644         if (nr_shown++ == 0)
645                 resume = jiffies + 60 * HZ;
646
647         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
648                 current->comm, page_to_pfn(page));
649         dump_page(page, reason);
650
651         print_modules();
652         dump_stack();
653 out:
654         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
655         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
656         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
657 }
658
659 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
660 {
661         int base = order;
662
663 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
664         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
665                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
666                 base = PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER + 1;
667         }
668 #else
669         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
670 #endif
671
672         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
673 }
674
675 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
676 {
677         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
678
679 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
680         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
681                 order = pageblock_order;
682                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
683         }
684 #else
685         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
686 #endif
687
688         return order;
689 }
690
691 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
692 {
693         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
694                 return true;
695 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
696         if (order == pageblock_order)
697                 return true;
698 #endif
699         return false;
700 }
701
702 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
703 {
704         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
705                 free_unref_page(page, order);
706         else
707                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
708 }
709
710 /*
711  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
712  *
713  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
714  *
715  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
716  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
717  *
718  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
719  * page destructors. See compound_page_dtors.
720  *
721  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
722  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
723  */
724
725 void free_compound_page(struct page *page)
726 {
727         mem_cgroup_uncharge(page_folio(page));
728         free_the_page(page, compound_order(page));
729 }
730
731 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
732 {
733         int i;
734         int nr_pages = 1 << order;
735
736         __SetPageHead(page);
737         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
738                 struct page *p = page + i;
739                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
740                 set_compound_head(p, page);
741         }
742
743         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
744         set_compound_order(page, order);
745         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
746         if (hpage_pincount_available(page))
747                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
748 }
749
750 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
751 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
752
753 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
754                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
755 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
756 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
757 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
758
759 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
760
761 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
762 {
763         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
764 }
765 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
766
767 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
768 {
769         unsigned long res;
770
771         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
772                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
773                 return 0;
774         }
775         _debug_guardpage_minorder = res;
776         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
777         return 0;
778 }
779 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
780
781 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
782                                 unsigned int order, int migratetype)
783 {
784         if (!debug_guardpage_enabled())
785                 return false;
786
787         if (order >= debug_guardpage_minorder())
788                 return false;
789
790         __SetPageGuard(page);
791         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
792         set_page_private(page, order);
793         /* Guard pages are not available for any usage */
794         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
795
796         return true;
797 }
798
799 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
800                                 unsigned int order, int migratetype)
801 {
802         if (!debug_guardpage_enabled())
803                 return;
804
805         __ClearPageGuard(page);
806
807         set_page_private(page, 0);
808         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
809                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
810 }
811 #else
812 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
813                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
814 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
815                                 unsigned int order, int migratetype) {}
816 #endif
817
818 /*
819  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
820  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
821  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
822  * enabled, and then make decisions.
823  */
824 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
825 {
826         bool page_poisoning_requested = false;
827
828 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
829         /*
830          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
831          * either of those options are enabled, enable poisoning.
832          */
833         if (page_poisoning_enabled() ||
834              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
835               debug_pagealloc_enabled())) {
836                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
837                 page_poisoning_requested = true;
838         }
839 #endif
840
841         if ((_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early) &&
842             page_poisoning_requested) {
843                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
844                         "will take precedence over init_on_alloc and init_on_free\n");
845                 _init_on_alloc_enabled_early = false;
846                 _init_on_free_enabled_early = false;
847         }
848
849         if (_init_on_alloc_enabled_early)
850                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
851         else
852                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
853
854         if (_init_on_free_enabled_early)
855                 static_branch_enable(&init_on_free);
856         else
857                 static_branch_disable(&init_on_free);
858
859 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
860         if (!debug_pagealloc_enabled())
861                 return;
862
863         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
864
865         if (!debug_guardpage_minorder())
866                 return;
867
868         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
869 #endif
870 }
871
872 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
873 {
874         set_page_private(page, order);
875         __SetPageBuddy(page);
876 }
877
878 /*
879  * This function checks whether a page is free && is the buddy
880  * we can coalesce a page and its buddy if
881  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
882  * (b) the buddy is in the buddy system &&
883  * (c) a page and its buddy have the same order &&
884  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
885  *
886  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
887  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
888  *
889  * For recording page's order, we use page_private(page).
890  */
891 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
892                                                         unsigned int order)
893 {
894         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
895                 return false;
896
897         if (buddy_order(buddy) != order)
898                 return false;
899
900         /*
901          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
902          * zone/node ids for pages that could never merge.
903          */
904         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
905                 return false;
906
907         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
908
909         return true;
910 }
911
912 #ifdef CONFIG_COMPACTION
913 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
914 {
915         struct capture_control *capc = current->capture_control;
916
917         return unlikely(capc) &&
918                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
919                 !capc->page &&
920                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
921 }
922
923 static inline bool
924 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
925                    int order, int migratetype)
926 {
927         if (!capc || order != capc->cc->order)
928                 return false;
929
930         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
931         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
932             is_migrate_isolate(migratetype))
933                 return false;
934
935         /*
936          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
937          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
938          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
939          * have trouble finding a high-order free page.
940          */
941         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
942                 return false;
943
944         capc->page = page;
945         return true;
946 }
947
948 #else
949 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
950 {
951         return NULL;
952 }
953
954 static inline bool
955 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
956                    int order, int migratetype)
957 {
958         return false;
959 }
960 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
961
962 /* Used for pages not on another list */
963 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
964                                     unsigned int order, int migratetype)
965 {
966         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
967
968         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
969         area->nr_free++;
970 }
971
972 /* Used for pages not on another list */
973 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
974                                          unsigned int order, int migratetype)
975 {
976         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
977
978         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
979         area->nr_free++;
980 }
981
982 /*
983  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
984  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
985  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
986  */
987 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
988                                      unsigned int order, int migratetype)
989 {
990         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
991
992         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
993 }
994
995 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
996                                            unsigned int order)
997 {
998         /* clear reported state and update reported page count */
999         if (page_reported(page))
1000                 __ClearPageReported(page);
1001
1002         list_del(&page->lru);
1003         __ClearPageBuddy(page);
1004         set_page_private(page, 0);
1005         zone->free_area[order].nr_free--;
1006 }
1007
1008 /*
1009  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
1010  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
1011  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
1012  * that is happening, add the free page to the tail of the list
1013  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
1014  * as a higher order page
1015  */
1016 static inline bool
1017 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
1018                    struct page *page, unsigned int order)
1019 {
1020         struct page *higher_page, *higher_buddy;
1021         unsigned long combined_pfn;
1022
1023         if (order >= MAX_ORDER - 2)
1024                 return false;
1025
1026         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1027         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
1028         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
1029         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
1030
1031         return page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
1032 }
1033
1034 /*
1035  * Freeing function for a buddy system allocator.
1036  *
1037  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1038  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1039  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1040  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1041  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1042  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1043  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1044  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1045  * parts of the VM system.
1046  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1047  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1048  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1049  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1050  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1051  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1052  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1053  * triggers coalescing into a block of larger size.
1054  *
1055  * -- nyc
1056  */
1057
1058 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1059                 unsigned long pfn,
1060                 struct zone *zone, unsigned int order,
1061                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1062 {
1063         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1064         unsigned long buddy_pfn;
1065         unsigned long combined_pfn;
1066         unsigned int max_order;
1067         struct page *buddy;
1068         bool to_tail;
1069
1070         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER - 1, pageblock_order);
1071
1072         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1073         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1074
1075         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1076         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1077                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1078
1079         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1080         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1081
1082 continue_merging:
1083         while (order < max_order) {
1084                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1085                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1086                                                                 migratetype);
1087                         return;
1088                 }
1089                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1090                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1091
1092                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1093                         goto done_merging;
1094                 /*
1095                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1096                  * merge with it and move up one order.
1097                  */
1098                 if (page_is_guard(buddy))
1099                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1100                 else
1101                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1102                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1103                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1104                 pfn = combined_pfn;
1105                 order++;
1106         }
1107         if (order < MAX_ORDER - 1) {
1108                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1109                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1110                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1111                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1112                  *
1113                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1114                  * low-order merging.
1115                  */
1116                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1117                         int buddy_mt;
1118
1119                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1120                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1121                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1122
1123                         if (migratetype != buddy_mt
1124                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1125                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1126                                 goto done_merging;
1127                 }
1128                 max_order = order + 1;
1129                 goto continue_merging;
1130         }
1131
1132 done_merging:
1133         set_buddy_order(page, order);
1134
1135         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1136                 to_tail = true;
1137         else if (is_shuffle_order(order))
1138                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1139         else
1140                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1141
1142         if (to_tail)
1143                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1144         else
1145                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1146
1147         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1148         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1149                 page_reporting_notify_free(order);
1150 }
1151
1152 /*
1153  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1154  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1155  * check if necessary.
1156  */
1157 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1158                                         unsigned long check_flags)
1159 {
1160         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1161                 return false;
1162
1163         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1164                         page_ref_count(page) |
1165 #ifdef CONFIG_MEMCG
1166                         page->memcg_data |
1167 #endif
1168                         (page->flags & check_flags)))
1169                 return false;
1170
1171         return true;
1172 }
1173
1174 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1175 {
1176         const char *bad_reason = NULL;
1177
1178         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1179                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1180         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1181                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1182         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1183                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1184         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1185                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1186                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1187                 else
1188                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1189         }
1190 #ifdef CONFIG_MEMCG
1191         if (unlikely(page->memcg_data))
1192                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1193 #endif
1194         return bad_reason;
1195 }
1196
1197 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1198 {
1199         bad_page(page,
1200                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1201 }
1202
1203 static inline int check_free_page(struct page *page)
1204 {
1205         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1206                 return 0;
1207
1208         /* Something has gone sideways, find it */
1209         check_free_page_bad(page);
1210         return 1;
1211 }
1212
1213 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1214 {
1215         int ret = 1;
1216
1217         /*
1218          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1219          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1220          */
1221         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1222
1223         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1224                 ret = 0;
1225                 goto out;
1226         }
1227         switch (page - head_page) {
1228         case 1:
1229                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1230                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1231                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1232                         goto out;
1233                 }
1234                 break;
1235         case 2:
1236                 /*
1237                  * the second tail page: ->mapping is
1238                  * deferred_list.next -- ignore value.
1239                  */
1240                 break;
1241         default:
1242                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1243                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1244                         goto out;
1245                 }
1246                 break;
1247         }
1248         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1249                 bad_page(page, "PageTail not set");
1250                 goto out;
1251         }
1252         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1253                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1254                 goto out;
1255         }
1256         ret = 0;
1257 out:
1258         page->mapping = NULL;
1259         clear_compound_head(page);
1260         return ret;
1261 }
1262
1263 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages, bool zero_tags)
1264 {
1265         int i;
1266
1267         if (zero_tags) {
1268                 for (i = 0; i < numpages; i++)
1269                         tag_clear_highpage(page + i);
1270                 return;
1271         }
1272
1273         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1274         kasan_disable_current();
1275         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1276                 u8 tag = page_kasan_tag(page + i);
1277                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1278                 clear_highpage(page + i);
1279                 page_kasan_tag_set(page + i, tag);
1280         }
1281         kasan_enable_current();
1282 }
1283
1284 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1285                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1286 {
1287         int bad = 0;
1288         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags);
1289
1290         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1291
1292         trace_mm_page_free(page, order);
1293
1294         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1295                 /*
1296                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1297                  * Untie memcg state and reset page's owner
1298                  */
1299                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1300                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1301                 reset_page_owner(page, order);
1302                 return false;
1303         }
1304
1305         /*
1306          * Check tail pages before head page information is cleared to
1307          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1308          */
1309         if (unlikely(order)) {
1310                 bool compound = PageCompound(page);
1311                 int i;
1312
1313                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1314
1315                 if (compound) {
1316                         ClearPageDoubleMap(page);
1317                         ClearPageHasHWPoisoned(page);
1318                 }
1319                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1320                         if (compound)
1321                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1322                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1323                                 bad++;
1324                                 continue;
1325                         }
1326                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1327                 }
1328         }
1329         if (PageMappingFlags(page))
1330                 page->mapping = NULL;
1331         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1332                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1333         if (check_free)
1334                 bad += check_free_page(page);
1335         if (bad)
1336                 return false;
1337
1338         page_cpupid_reset_last(page);
1339         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1340         reset_page_owner(page, order);
1341
1342         if (!PageHighMem(page)) {
1343                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1344                                            PAGE_SIZE << order);
1345                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1346                                            PAGE_SIZE << order);
1347         }
1348
1349         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1350
1351         /*
1352          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1353          * kasan_free_pages and kernel_init_free_pages must be
1354          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1355          *
1356          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1357          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1358          */
1359         if (kasan_has_integrated_init()) {
1360                 if (!skip_kasan_poison)
1361                         kasan_free_pages(page, order);
1362         } else {
1363                 bool init = want_init_on_free();
1364
1365                 if (init)
1366                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order, false);
1367                 if (!skip_kasan_poison)
1368                         kasan_poison_pages(page, order, init);
1369         }
1370
1371         /*
1372          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1373          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1374          * happen after this.
1375          */
1376         arch_free_page(page, order);
1377
1378         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1379
1380         return true;
1381 }
1382
1383 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1384 /*
1385  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1386  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1387  * moved from pcp lists to free lists.
1388  */
1389 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1390 {
1391         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1392 }
1393
1394 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1395 {
1396         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1397                 return check_free_page(page);
1398         else
1399                 return false;
1400 }
1401 #else
1402 /*
1403  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1404  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1405  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1406  * to the pcp lists.
1407  */
1408 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1409 {
1410         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1411                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1412         else
1413                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1414 }
1415
1416 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1417 {
1418         return check_free_page(page);
1419 }
1420 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1421
1422 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1423 {
1424         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1425         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1426         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1427
1428         prefetch(buddy);
1429 }
1430
1431 /*
1432  * Frees a number of pages from the PCP lists
1433  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1434  * count is the number of pages to free.
1435  *
1436  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1437  * see if this freeing clears that state.
1438  *
1439  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1440  * pinned" detection logic.
1441  */
1442 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1443                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1444 {
1445         int pindex = 0;
1446         int batch_free = 0;
1447         int nr_freed = 0;
1448         unsigned int order;
1449         int prefetch_nr = READ_ONCE(pcp->batch);
1450         bool isolated_pageblocks;
1451         struct page *page, *tmp;
1452         LIST_HEAD(head);
1453
1454         /*
1455          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1456          * below while (list_empty(list)) loop.
1457          */
1458         count = min(pcp->count, count);
1459         while (count > 0) {
1460                 struct list_head *list;
1461
1462                 /*
1463                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1464                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1465                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1466                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1467                  * lists
1468                  */
1469                 do {
1470                         batch_free++;
1471                         if (++pindex == NR_PCP_LISTS)
1472                                 pindex = 0;
1473                         list = &pcp->lists[pindex];
1474                 } while (list_empty(list));
1475
1476                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1477                 if (batch_free == NR_PCP_LISTS)
1478                         batch_free = count;
1479
1480                 order = pindex_to_order(pindex);
1481                 BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER >= (1<<NR_PCP_ORDER_WIDTH));
1482                 do {
1483                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1484                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1485                         list_del(&page->lru);
1486                         nr_freed += 1 << order;
1487                         count -= 1 << order;
1488
1489                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1490                                 continue;
1491
1492                         /* Encode order with the migratetype */
1493                         page->index <<= NR_PCP_ORDER_WIDTH;
1494                         page->index |= order;
1495
1496                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1497
1498                         /*
1499                          * We are going to put the page back to the global
1500                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1501                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1502                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1503                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1504                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1505                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1506                          */
1507                         if (prefetch_nr) {
1508                                 prefetch_buddy(page);
1509                                 prefetch_nr--;
1510                         }
1511                 } while (count > 0 && --batch_free && !list_empty(list));
1512         }
1513         pcp->count -= nr_freed;
1514
1515         /*
1516          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
1517          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
1518          */
1519         spin_lock(&zone->lock);
1520         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1521
1522         /*
1523          * Use safe version since after __free_one_page(),
1524          * page->lru.next will not point to original list.
1525          */
1526         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1527                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1528
1529                 /* mt has been encoded with the order (see above) */
1530                 order = mt & NR_PCP_ORDER_MASK;
1531                 mt >>= NR_PCP_ORDER_WIDTH;
1532
1533                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1534                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1535                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1536                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1537                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1538
1539                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1540                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1541         }
1542         spin_unlock(&zone->lock);
1543 }
1544
1545 static void free_one_page(struct zone *zone,
1546                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1547                                 unsigned int order,
1548                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1549 {
1550         unsigned long flags;
1551
1552         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1553         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1554                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1555                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1556         }
1557         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1558         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1559 }
1560
1561 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1562                                 unsigned long zone, int nid)
1563 {
1564         mm_zero_struct_page(page);
1565         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1566         init_page_count(page);
1567         page_mapcount_reset(page);
1568         page_cpupid_reset_last(page);
1569         page_kasan_tag_reset(page);
1570
1571         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1572 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1573         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1574         if (!is_highmem_idx(zone))
1575                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1576 #endif
1577 }
1578
1579 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1580 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1581 {
1582         pg_data_t *pgdat;
1583         int nid, zid;
1584
1585         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1586                 return;
1587
1588         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1589         pgdat = NODE_DATA(nid);
1590
1591         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1592                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1593
1594                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1595                         break;
1596         }
1597         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1598 }
1599 #else
1600 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1601 {
1602 }
1603 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1604
1605 /*
1606  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1607  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1608  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1609  * sent to the buddy page allocator.
1610  */
1611 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1612 {
1613         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1614         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1615
1616         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1617                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1618                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1619
1620                         init_reserved_page(start_pfn);
1621
1622                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1623                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1624
1625                         /*
1626                          * no need for atomic set_bit because the struct
1627                          * page is not visible yet so nobody should
1628                          * access it yet.
1629                          */
1630                         __SetPageReserved(page);
1631                 }
1632         }
1633 }
1634
1635 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1636                             fpi_t fpi_flags)
1637 {
1638         unsigned long flags;
1639         int migratetype;
1640         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1641         struct zone *zone = page_zone(page);
1642
1643         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1644                 return;
1645
1646         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1647
1648         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1649         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1650                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1651                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1652         }
1653         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1654         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1655
1656         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1657 }
1658
1659 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1660 {
1661         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1662         struct page *p = page;
1663         unsigned int loop;
1664
1665         /*
1666          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1667          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1668          * refcount of all involved pages to 0.
1669          */
1670         prefetchw(p);
1671         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1672                 prefetchw(p + 1);
1673                 __ClearPageReserved(p);
1674                 set_page_count(p, 0);
1675         }
1676         __ClearPageReserved(p);
1677         set_page_count(p, 0);
1678
1679         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1680
1681         /*
1682          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1683          * relevant for memory onlining.
1684          */
1685         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1686 }
1687
1688 #ifdef CONFIG_NUMA
1689
1690 /*
1691  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1692  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1693  * treats start/end as pfns.
1694  */
1695 struct mminit_pfnnid_cache {
1696         unsigned long last_start;
1697         unsigned long last_end;
1698         int last_nid;
1699 };
1700
1701 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1702
1703 /*
1704  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1705  */
1706 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1707                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1708 {
1709         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1710         int nid;
1711
1712         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1713                 return state->last_nid;
1714
1715         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1716         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1717                 state->last_start = start_pfn;
1718                 state->last_end = end_pfn;
1719                 state->last_nid = nid;
1720         }
1721
1722         return nid;
1723 }
1724
1725 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1726 {
1727         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1728         int nid;
1729
1730         spin_lock(&early_pfn_lock);
1731         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1732         if (nid < 0)
1733                 nid = first_online_node;
1734         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1735
1736         return nid;
1737 }
1738 #endif /* CONFIG_NUMA */
1739
1740 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1741                                                         unsigned int order)
1742 {
1743         if (early_page_uninitialised(pfn))
1744                 return;
1745         __free_pages_core(page, order);
1746 }
1747
1748 /*
1749  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1750  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1751  * with the migration of free compaction scanner.
1752  *
1753  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1754  *
1755  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1756  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1757  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1758  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1759  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1760  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1761  * page in a pageblock.
1762  */
1763 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1764                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1765 {
1766         struct page *start_page;
1767         struct page *end_page;
1768
1769         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1770         end_pfn--;
1771
1772         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1773                 return NULL;
1774
1775         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1776         if (!start_page)
1777                 return NULL;
1778
1779         if (page_zone(start_page) != zone)
1780                 return NULL;
1781
1782         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1783
1784         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1785         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1786                 return NULL;
1787
1788         return start_page;
1789 }
1790
1791 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1792 {
1793         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1794         unsigned long block_end_pfn;
1795
1796         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1797         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1798                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1799                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1800
1801                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1802
1803                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1804                                              block_end_pfn, zone))
1805                         return;
1806                 cond_resched();
1807         }
1808
1809         /* We confirm that there is no hole */
1810         zone->contiguous = true;
1811 }
1812
1813 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1814 {
1815         zone->contiguous = false;
1816 }
1817
1818 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1819 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1820                                        unsigned long nr_pages)
1821 {
1822         struct page *page;
1823         unsigned long i;
1824
1825         if (!nr_pages)
1826                 return;
1827
1828         page = pfn_to_page(pfn);
1829
1830         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1831         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1832             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1833                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1834                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1835                 return;
1836         }
1837
1838         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1839                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1840                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1841                 __free_pages_core(page, 0);
1842         }
1843 }
1844
1845 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1846 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1847 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1848
1849 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1850 {
1851         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1852                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1853 }
1854
1855 /*
1856  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1857  *
1858  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1859  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1860  * function is optimized out.
1861  *
1862  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1863  * of the head pfn.
1864  */
1865 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1866 {
1867         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1868                 return false;
1869         return true;
1870 }
1871
1872 /*
1873  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1874  * pageblock_nr_pages sizes.
1875  */
1876 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1877                                        unsigned long end_pfn)
1878 {
1879         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1880         unsigned long nr_free = 0;
1881
1882         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1883                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1884                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1885                         nr_free = 0;
1886                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1887                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1888                         nr_free = 1;
1889                 } else {
1890                         nr_free++;
1891                 }
1892         }
1893         /* Free the last block of pages to allocator */
1894         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1895 }
1896
1897 /*
1898  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1899  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1900  * Return number of pages initialized.
1901  */
1902 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1903                                                  unsigned long pfn,
1904                                                  unsigned long end_pfn)
1905 {
1906         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1907         int nid = zone_to_nid(zone);
1908         unsigned long nr_pages = 0;
1909         int zid = zone_idx(zone);
1910         struct page *page = NULL;
1911
1912         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1913                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1914                         page = NULL;
1915                         continue;
1916                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1917                         page = pfn_to_page(pfn);
1918                 } else {
1919                         page++;
1920                 }
1921                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1922                 nr_pages++;
1923         }
1924         return (nr_pages);
1925 }
1926
1927 /*
1928  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1929  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1930  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1931  * return false indicating there are no valid ranges left.
1932  */
1933 static bool __init
1934 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1935                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1936                                     unsigned long first_init_pfn)
1937 {
1938         u64 j;
1939
1940         /*
1941          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1942          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1943          * so we just need to flush them out of the system.
1944          */
1945         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1946                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1947                         continue;
1948                 if (*spfn < first_init_pfn)
1949                         *spfn = first_init_pfn;
1950                 *i = j;
1951                 return true;
1952         }
1953
1954         return false;
1955 }
1956
1957 /*
1958  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1959  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1960  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1961  * page in __free_one_page()).
1962  *
1963  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1964  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1965  * any issues with the buddy page computation.
1966  */
1967 static unsigned long __init
1968 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1969                        unsigned long *end_pfn)
1970 {
1971         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1972         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1973         unsigned long nr_pages = 0;
1974         u64 j = *i;
1975
1976         /* First we loop through and initialize the page values */
1977         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1978                 unsigned long t;
1979
1980                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1981                         break;
1982
1983                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1984                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1985
1986                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1987                         *start_pfn = mo_pfn;
1988                         break;
1989                 }
1990         }
1991
1992         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1993         swap(j, *i);
1994
1995         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1996                 unsigned long t;
1997
1998                 if (mo_pfn <= spfn)
1999                         break;
2000
2001                 t = min(mo_pfn, epfn);
2002                 deferred_free_pages(spfn, t);
2003
2004                 if (mo_pfn <= epfn)
2005                         break;
2006         }
2007
2008         return nr_pages;
2009 }
2010
2011 static void __init
2012 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2013                            void *arg)
2014 {
2015         unsigned long spfn, epfn;
2016         struct zone *zone = arg;
2017         u64 i;
2018
2019         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
2020
2021         /*
2022          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
2023          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
2024          */
2025         while (spfn < end_pfn) {
2026                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2027                 cond_resched();
2028         }
2029 }
2030
2031 /* An arch may override for more concurrency. */
2032 __weak int __init
2033 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2034 {
2035         return 1;
2036 }
2037
2038 /* Initialise remaining memory on a node */
2039 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2040 {
2041         pg_data_t *pgdat = data;
2042         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2043         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2044         unsigned long first_init_pfn, flags;
2045         unsigned long start = jiffies;
2046         struct zone *zone;
2047         int zid, max_threads;
2048         u64 i;
2049
2050         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2051         if (!cpumask_empty(cpumask))
2052                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2053
2054         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2055         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2056         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2057                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2058                 pgdat_init_report_one_done();
2059                 return 0;
2060         }
2061
2062         /* Sanity check boundaries */
2063         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2064         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2065         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2066
2067         /*
2068          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2069          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2070          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2071          */
2072         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2073
2074         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2075         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2076                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2077                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2078                         break;
2079         }
2080
2081         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2082         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2083                                                  first_init_pfn))
2084                 goto zone_empty;
2085
2086         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2087
2088         while (spfn < epfn) {
2089                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2090                 struct padata_mt_job job = {
2091                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2092                         .fn_arg      = zone,
2093                         .start       = spfn,
2094                         .size        = epfn_align - spfn,
2095                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2096                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2097                         .max_threads = max_threads,
2098                 };
2099
2100                 padata_do_multithreaded(&job);
2101                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2102                                                     epfn_align);
2103         }
2104 zone_empty:
2105         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2106         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2107
2108         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2109                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2110
2111         pgdat_init_report_one_done();
2112         return 0;
2113 }
2114
2115 /*
2116  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2117  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2118  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2119  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2120  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2121  *
2122  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2123  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2124  * enough pages to satisfy the allocation.
2125  *
2126  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2127  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2128  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2129  */
2130 static noinline bool __init
2131 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2132 {
2133         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2134         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2135         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2136         unsigned long spfn, epfn, flags;
2137         unsigned long nr_pages = 0;
2138         u64 i;
2139
2140         /* Only the last zone may have deferred pages */
2141         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2142                 return false;
2143
2144         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2145
2146         /*
2147          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2148          * true, as there might be enough pages already.
2149          */
2150         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2151                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2152                 return true;
2153         }
2154
2155         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2156         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2157                                                  first_deferred_pfn)) {
2158                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2159                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2160                 /* Retry only once. */
2161                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2162         }
2163
2164         /*
2165          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2166          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2167          * allocator.
2168          */
2169         while (spfn < epfn) {
2170                 /* update our first deferred PFN for this section */
2171                 first_deferred_pfn = spfn;
2172
2173                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2174                 touch_nmi_watchdog();
2175
2176                 /* We should only stop along section boundaries */
2177                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2178                         continue;
2179
2180                 /* If our quota has been met we can stop here */
2181                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2182                         break;
2183         }
2184
2185         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2186         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2187
2188         return nr_pages > 0;
2189 }
2190
2191 /*
2192  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2193  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2194  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2195  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2196  */
2197 static bool __ref
2198 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2199 {
2200         return deferred_grow_zone(zone, order);
2201 }
2202
2203 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2204
2205 void __init page_alloc_init_late(void)
2206 {
2207         struct zone *zone;
2208         int nid;
2209
2210 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2211
2212         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2213         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2214         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2215                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2216         }
2217
2218         /* Block until all are initialised */
2219         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2220
2221         /*
2222          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2223          * on-demand struct page initialization.
2224          */
2225         static_branch_disable(&deferred_pages);
2226
2227         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2228         files_maxfiles_init();
2229 #endif
2230
2231         buffer_init();
2232
2233         /* Discard memblock private memory */
2234         memblock_discard();
2235
2236         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2237                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2238
2239         for_each_populated_zone(zone)
2240                 set_zone_contiguous(zone);
2241 }
2242
2243 #ifdef CONFIG_CMA
2244 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2245 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2246 {
2247         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2248         struct page *p = page;
2249
2250         do {
2251                 __ClearPageReserved(p);
2252                 set_page_count(p, 0);
2253         } while (++p, --i);
2254
2255         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2256
2257         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2258                 i = pageblock_nr_pages;
2259                 p = page;
2260                 do {
2261                         set_page_refcounted(p);
2262                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2263                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2264                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2265         } else {
2266                 set_page_refcounted(page);
2267                 __free_pages(page, pageblock_order);
2268         }
2269
2270         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2271         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2272 }
2273 #endif
2274
2275 /*
2276  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2277  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2278  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2279  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2280  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2281  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2282  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2283  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2284  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2285  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2286  *
2287  * -- nyc
2288  */
2289 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2290         int low, int high, int migratetype)
2291 {
2292         unsigned long size = 1 << high;
2293
2294         while (high > low) {
2295                 high--;
2296                 size >>= 1;
2297                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2298
2299                 /*
2300                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2301                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2302                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2303                  * pages will stay not present in virtual address space
2304                  */
2305                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2306                         continue;
2307
2308                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2309                 set_buddy_order(&page[size], high);
2310         }
2311 }
2312
2313 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2314 {
2315         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2316                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2317                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2318                 return;
2319         }
2320
2321         bad_page(page,
2322                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2323 }
2324
2325 /*
2326  * This page is about to be returned from the page allocator
2327  */
2328 static inline int check_new_page(struct page *page)
2329 {
2330         if (likely(page_expected_state(page,
2331                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2332                 return 0;
2333
2334         check_new_page_bad(page);
2335         return 1;
2336 }
2337
2338 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2339 /*
2340  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2341  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2342  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2343  */
2344 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2345 {
2346         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2347                 return check_new_page(page);
2348         else
2349                 return false;
2350 }
2351
2352 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2353 {
2354         return check_new_page(page);
2355 }
2356 #else
2357 /*
2358  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2359  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2360  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2361  */
2362 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2363 {
2364         return check_new_page(page);
2365 }
2366 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2367 {
2368         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2369                 return check_new_page(page);
2370         else
2371                 return false;
2372 }
2373 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2374
2375 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2376 {
2377         int i;
2378         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2379                 struct page *p = page + i;
2380
2381                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2382                         return true;
2383         }
2384
2385         return false;
2386 }
2387
2388 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2389                                 gfp_t gfp_flags)
2390 {
2391         set_page_private(page, 0);
2392         set_page_refcounted(page);
2393
2394         arch_alloc_page(page, order);
2395         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2396
2397         /*
2398          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2399          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2400          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2401          */
2402         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2403
2404         /*
2405          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2406          * kasan_alloc_pages and kernel_init_free_pages must be
2407          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2408          */
2409         if (kasan_has_integrated_init()) {
2410                 kasan_alloc_pages(page, order, gfp_flags);
2411         } else {
2412                 bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags);
2413
2414                 kasan_unpoison_pages(page, order, init);
2415                 if (init)
2416                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order,
2417                                                gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
2418         }
2419
2420         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2421 }
2422
2423 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2424                                                         unsigned int alloc_flags)
2425 {
2426         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2427
2428         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2429                 prep_compound_page(page, order);
2430
2431         /*
2432          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2433          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2434          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2435          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2436          */
2437         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2438                 set_page_pfmemalloc(page);
2439         else
2440                 clear_page_pfmemalloc(page);
2441 }
2442
2443 /*
2444  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2445  * the smallest available page from the freelists
2446  */
2447 static __always_inline
2448 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2449                                                 int migratetype)
2450 {
2451         unsigned int current_order;
2452         struct free_area *area;
2453         struct page *page;
2454
2455         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2456         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2457                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2458                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2459                 if (!page)
2460                         continue;
2461                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2462                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2463                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2464                 return page;
2465         }
2466
2467         return NULL;
2468 }
2469
2470
2471 /*
2472  * This array describes the order lists are fallen back to when
2473  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2474  */
2475 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2476         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2477         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2478         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2479 #ifdef CONFIG_CMA
2480         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2481 #endif
2482 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2483         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2484 #endif
2485 };
2486
2487 #ifdef CONFIG_CMA
2488 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2489                                         unsigned int order)
2490 {
2491         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2492 }
2493 #else
2494 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2495                                         unsigned int order) { return NULL; }
2496 #endif
2497
2498 /*
2499  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2500  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2501  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2502  */
2503 static int move_freepages(struct zone *zone,
2504                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2505                           int migratetype, int *num_movable)
2506 {
2507         struct page *page;
2508         unsigned long pfn;
2509         unsigned int order;
2510         int pages_moved = 0;
2511
2512         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2513                 page = pfn_to_page(pfn);
2514                 if (!PageBuddy(page)) {
2515                         /*
2516                          * We assume that pages that could be isolated for
2517                          * migration are movable. But we don't actually try
2518                          * isolating, as that would be expensive.
2519                          */
2520                         if (num_movable &&
2521                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2522                                 (*num_movable)++;
2523                         pfn++;
2524                         continue;
2525                 }
2526
2527                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2528                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2529                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2530
2531                 order = buddy_order(page);
2532                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2533                 pfn += 1 << order;
2534                 pages_moved += 1 << order;
2535         }
2536
2537         return pages_moved;
2538 }
2539
2540 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2541                                 int migratetype, int *num_movable)
2542 {
2543         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2544
2545         if (num_movable)
2546                 *num_movable = 0;
2547
2548         pfn = page_to_pfn(page);
2549         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2550         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2551
2552         /* Do not cross zone boundaries */
2553         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2554                 start_pfn = pfn;
2555         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2556                 return 0;
2557
2558         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2559                                                                 num_movable);
2560 }
2561
2562 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2563                                         int start_order, int migratetype)
2564 {
2565         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2566
2567         while (nr_pageblocks--) {
2568                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2569                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2570         }
2571 }
2572
2573 /*
2574  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2575  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2576  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2577  *
2578  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2579  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2580  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2581  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2582  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2583  * pageblocks.
2584  */
2585 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2586 {
2587         /*
2588          * Leaving this order check is intended, although there is
2589          * relaxed order check in next check. The reason is that
2590          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2591          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2592          * so could be changed anytime.
2593          */
2594         if (order >= pageblock_order)
2595                 return true;
2596
2597         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2598                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2599                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2600                 page_group_by_mobility_disabled)
2601                 return true;
2602
2603         return false;
2604 }
2605
2606 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2607 {
2608         unsigned long max_boost;
2609
2610         if (!watermark_boost_factor)
2611                 return false;
2612         /*
2613          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2614          * On small machines, including kdump capture kernels running
2615          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2616          * memory situation immediately.
2617          */
2618         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2619                 return false;
2620
2621         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2622                         watermark_boost_factor, 10000);
2623
2624         /*
2625          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2626          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2627          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2628          * allocations that early means that reclaim is not going
2629          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2630          * boosted watermark resulting in a hang.
2631          */
2632         if (!max_boost)
2633                 return false;
2634
2635         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2636
2637         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2638                 max_boost);
2639
2640         return true;
2641 }
2642
2643 /*
2644  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2645  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2646  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2647  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2648  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2649  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2650  */
2651 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2652                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2653 {
2654         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2655         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2656         int old_block_type;
2657
2658         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2659
2660         /*
2661          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2662          * highatomic accounting.
2663          */
2664         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2665                 goto single_page;
2666
2667         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2668         if (current_order >= pageblock_order) {
2669                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2670                 goto single_page;
2671         }
2672
2673         /*
2674          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2675          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2676          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2677          */
2678         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2679                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2680
2681         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2682         if (!whole_block)
2683                 goto single_page;
2684
2685         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2686                                                 &movable_pages);
2687         /*
2688          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2689          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2690          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2691          */
2692         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2693                 alike_pages = movable_pages;
2694         } else {
2695                 /*
2696                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2697                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2698                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2699                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2700                  * exact migratetype of non-movable pages.
2701                  */
2702                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2703                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2704                                                 - (free_pages + movable_pages);
2705                 else
2706                         alike_pages = 0;
2707         }
2708
2709         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2710         if (!free_pages)
2711                 goto single_page;
2712
2713         /*
2714          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2715          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2716          */
2717         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2718                         page_group_by_mobility_disabled)
2719                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2720
2721         return;
2722
2723 single_page:
2724         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2725 }
2726
2727 /*
2728  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2729  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2730  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2731  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2732  */
2733 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2734                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2735 {
2736         int i;
2737         int fallback_mt;
2738
2739         if (area->nr_free == 0)
2740                 return -1;
2741
2742         *can_steal = false;
2743         for (i = 0;; i++) {
2744                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2745                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2746                         break;
2747
2748                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2749                         continue;
2750
2751                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2752                         *can_steal = true;
2753
2754                 if (!only_stealable)
2755                         return fallback_mt;
2756
2757                 if (*can_steal)
2758                         return fallback_mt;
2759         }
2760
2761         return -1;
2762 }
2763
2764 /*
2765  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2766  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2767  */
2768 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2769                                 unsigned int alloc_order)
2770 {
2771         int mt;
2772         unsigned long max_managed, flags;
2773
2774         /*
2775          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2776          * Check is race-prone but harmless.
2777          */
2778         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2779         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2780                 return;
2781
2782         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2783
2784         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2785         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2786                 goto out_unlock;
2787
2788         /* Yoink! */
2789         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2790         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2791             && !is_migrate_cma(mt)) {
2792                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2793                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2794                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2795         }
2796
2797 out_unlock:
2798         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2799 }
2800
2801 /*
2802  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2803  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2804  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2805  * to recover from than an OOM.
2806  *
2807  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2808  * pageblock is exhausted.
2809  */
2810 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2811                                                 bool force)
2812 {
2813         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2814         unsigned long flags;
2815         struct zoneref *z;
2816         struct zone *zone;
2817         struct page *page;
2818         int order;
2819         bool ret;
2820
2821         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2822                                                                 ac->nodemask) {
2823                 /*
2824                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2825                  * is really high.
2826                  */
2827                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2828                                         pageblock_nr_pages)
2829                         continue;
2830
2831                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2832                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2833                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2834
2835                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2836                         if (!page)
2837                                 continue;
2838
2839                         /*
2840                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2841                          * we can counter several free pages in a pageblock
2842                          * in this loop although we changed the pageblock type
2843                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2844                          * adjust the count once.
2845                          */
2846                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2847                                 /*
2848                                  * It should never happen but changes to
2849                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2850                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2851                                  * while unreserving so be safe and watch for
2852                                  * underflows.
2853                                  */
2854                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2855                                                 pageblock_nr_pages,
2856                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2857                         }
2858
2859                         /*
2860                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2861                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2862                          * is doing the work and needs the pages. More
2863                          * importantly, if the block was always converted to
2864                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2865                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2866                          * may increase.
2867                          */
2868                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2869                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2870                                                                         NULL);
2871                         if (ret) {
2872                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2873                                 return ret;
2874                         }
2875                 }
2876                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2877         }
2878
2879         return false;
2880 }
2881
2882 /*
2883  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2884  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2885  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2886  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2887  *
2888  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2889  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2890  * condition simpler.
2891  */
2892 static __always_inline bool
2893 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2894                                                 unsigned int alloc_flags)
2895 {
2896         struct free_area *area;
2897         int current_order;
2898         int min_order = order;
2899         struct page *page;
2900         int fallback_mt;
2901         bool can_steal;
2902
2903         /*
2904          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2905          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2906          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2907          */
2908         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2909                 min_order = pageblock_order;
2910
2911         /*
2912          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2913          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2914          * would be too costly to do exactly.
2915          */
2916         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2917                                 --current_order) {
2918                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2919                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2920                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2921                 if (fallback_mt == -1)
2922                         continue;
2923
2924                 /*
2925                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2926                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2927                  * steal and split the smallest available page instead of the
2928                  * largest available page, because even if the next movable
2929                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2930                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2931                  */
2932                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2933                                         && current_order > order)
2934                         goto find_smallest;
2935
2936                 goto do_steal;
2937         }
2938
2939         return false;
2940
2941 find_smallest:
2942         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2943                                                         current_order++) {
2944                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2945                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2946                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2947                 if (fallback_mt != -1)
2948                         break;
2949         }
2950
2951         /*
2952          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2953          * when looking for the largest page.
2954          */
2955         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2956
2957 do_steal:
2958         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2959
2960         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2961                                                                 can_steal);
2962
2963         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2964                 start_migratetype, fallback_mt);
2965
2966         return true;
2967
2968 }
2969
2970 /*
2971  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2972  * Call me with the zone->lock already held.
2973  */
2974 static __always_inline struct page *
2975 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2976                                                 unsigned int alloc_flags)
2977 {
2978         struct page *page;
2979
2980         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2981                 /*
2982                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2983                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2984                  * is in the CMA area.
2985                  */
2986                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2987                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2988                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2989                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2990                         if (page)
2991                                 goto out;
2992                 }
2993         }
2994 retry:
2995         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2996         if (unlikely(!page)) {
2997                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2998                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2999
3000                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
3001                                                                 alloc_flags))
3002                         goto retry;
3003         }
3004 out:
3005         if (page)
3006                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3007         return page;
3008 }
3009
3010 /*
3011  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
3012  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
3013  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
3014  */
3015 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
3016                         unsigned long count, struct list_head *list,
3017                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3018 {
3019         int i, allocated = 0;
3020
3021         /*
3022          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
3023          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
3024          */
3025         spin_lock(&zone->lock);
3026         for (i = 0; i < count; ++i) {
3027                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
3028                                                                 alloc_flags);
3029                 if (unlikely(page == NULL))
3030                         break;
3031
3032                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
3033                         continue;
3034
3035                 /*
3036                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
3037                  * physical page order. The page is added to the tail of
3038                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
3039                  * is ordered by page number under some conditions. This is
3040                  * useful for IO devices that can forward direction from the
3041                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
3042                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
3043                  * pages are ordered properly.
3044                  */
3045                 list_add_tail(&page->lru, list);
3046                 allocated++;
3047                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3048                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3049                                               -(1 << order));
3050         }
3051
3052         /*
3053          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3054          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3055          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3056          * pages added to the pcp list.
3057          */
3058         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3059         spin_unlock(&zone->lock);
3060         return allocated;
3061 }
3062
3063 #ifdef CONFIG_NUMA
3064 /*
3065  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3066  * currently executing processor on remote nodes after they have
3067  * expired.
3068  *
3069  * Note that this function must be called with the thread pinned to
3070  * a single processor.
3071  */
3072 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3073 {
3074         unsigned long flags;
3075         int to_drain, batch;
3076
3077         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3078         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3079         to_drain = min(pcp->count, batch);
3080         if (to_drain > 0)
3081                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
3082         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3083 }
3084 #endif
3085
3086 /*
3087  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3088  *
3089  * The processor must either be the current processor and the
3090  * thread pinned to the current processor or a processor that
3091  * is not online.
3092  */
3093 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3094 {
3095         unsigned long flags;
3096         struct per_cpu_pages *pcp;
3097
3098         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3099
3100         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3101         if (pcp->count)
3102                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
3103
3104         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3105 }
3106
3107 /*
3108  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3109  *
3110  * The processor must either be the current processor and the
3111  * thread pinned to the current processor or a processor that
3112  * is not online.
3113  */
3114 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3115 {
3116         struct zone *zone;
3117
3118         for_each_populated_zone(zone) {
3119                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3120         }
3121 }
3122
3123 /*
3124  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3125  *
3126  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3127  * the single zone's pages.
3128  */
3129 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3130 {
3131         int cpu = smp_processor_id();
3132
3133         if (zone)
3134                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3135         else
3136                 drain_pages(cpu);
3137 }
3138
3139 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3140 {
3141         struct pcpu_drain *drain;
3142
3143         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3144
3145         /*
3146          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3147          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3148          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3149          * cpu which is alright but we also have to make sure to not move to
3150          * a different one.
3151          */
3152         preempt_disable();
3153         drain_local_pages(drain->zone);
3154         preempt_enable();
3155 }
3156
3157 /*
3158  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3159  * drain on all cpus.
3160  *
3161  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3162  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3163  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3164  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3165  * optimizing racy check.
3166  */
3167 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3168 {
3169         int cpu;
3170
3171         /*
3172          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
3173          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3174          */
3175         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3176
3177         /*
3178          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3179          * initialized.
3180          */
3181         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3182                 return;
3183
3184         /*
3185          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3186          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3187          * the drain to be complete when the call returns.
3188          */
3189         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3190                 if (!zone)
3191                         return;
3192                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3193         }
3194
3195         /*
3196          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3197          * as offline notification will cause the notified
3198          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3199          * disables preemption as part of its processing
3200          */
3201         for_each_online_cpu(cpu) {
3202                 struct per_cpu_pages *pcp;
3203                 struct zone *z;
3204                 bool has_pcps = false;
3205
3206                 if (force_all_cpus) {
3207                         /*
3208                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3209                          * guarantee that no cpu is missed.
3210                          */
3211                         has_pcps = true;
3212                 } else if (zone) {
3213                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3214                         if (pcp->count)
3215                                 has_pcps = true;
3216                 } else {
3217                         for_each_populated_zone(z) {
3218                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3219                                 if (pcp->count) {
3220                                         has_pcps = true;
3221                                         break;
3222                                 }
3223                         }
3224                 }
3225
3226                 if (has_pcps)
3227                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3228                 else
3229                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3230         }
3231
3232         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3233                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3234
3235                 drain->zone = zone;
3236                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3237                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3238         }
3239         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3240                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3241
3242         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3243 }
3244
3245 /*
3246  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3247  *
3248  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3249  *
3250  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3251  */
3252 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3253 {
3254         __drain_all_pages(zone, false);
3255 }
3256
3257 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3258
3259 /*
3260  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3261  */
3262 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3263
3264 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3265 {
3266         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3267         unsigned long flags;
3268         unsigned int order, t;
3269         struct page *page;
3270
3271         if (zone_is_empty(zone))
3272                 return;
3273
3274         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3275
3276         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3277         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3278                 if (pfn_valid(pfn)) {
3279                         page = pfn_to_page(pfn);
3280
3281                         if (!--page_count) {
3282                                 touch_nmi_watchdog();
3283                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3284                         }
3285
3286                         if (page_zone(page) != zone)
3287                                 continue;
3288
3289                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3290                                 swsusp_unset_page_free(page);
3291                 }
3292
3293         for_each_migratetype_order(order, t) {
3294                 list_for_each_entry(page,
3295                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3296                         unsigned long i;
3297
3298                         pfn = page_to_pfn(page);
3299                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3300                                 if (!--page_count) {
3301                                         touch_nmi_watchdog();
3302                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3303                                 }
3304                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3305                         }
3306                 }
3307         }
3308         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3309 }
3310 #endif /* CONFIG_PM */
3311
3312 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3313                                                         unsigned int order)
3314 {
3315         int migratetype;
3316
3317         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3318                 return false;
3319
3320         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3321         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3322         return true;
3323 }
3324
3325 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch)
3326 {
3327         int min_nr_free, max_nr_free;
3328
3329         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3330         if (unlikely(high < batch))
3331                 return 1;
3332
3333         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3334         min_nr_free = batch;
3335         max_nr_free = high - batch;
3336
3337         /*
3338          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3339          * freeing of pages without any allocation.
3340          */
3341         batch <<= pcp->free_factor;
3342         if (batch < max_nr_free)
3343                 pcp->free_factor++;
3344         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3345
3346         return batch;
3347 }
3348
3349 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone)
3350 {
3351         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3352
3353         if (unlikely(!high))
3354                 return 0;
3355
3356         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3357                 return high;
3358
3359         /*
3360          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3361          * stored on pcp lists
3362          */
3363         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3364 }
3365
3366 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn,
3367                                    int migratetype, unsigned int order)
3368 {
3369         struct zone *zone = page_zone(page);
3370         struct per_cpu_pages *pcp;
3371         int high;
3372         int pindex;
3373
3374         __count_vm_event(PGFREE);
3375         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3376         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3377         list_add(&page->lru, &pcp->lists[pindex]);
3378         pcp->count += 1 << order;
3379         high = nr_pcp_high(pcp, zone);
3380         if (pcp->count >= high) {
3381                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3382
3383                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch), pcp);
3384         }
3385 }
3386
3387 /*
3388  * Free a pcp page
3389  */
3390 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3391 {
3392         unsigned long flags;
3393         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3394         int migratetype;
3395
3396         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3397                 return;
3398
3399         /*
3400          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3401          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3402          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3403          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3404          * excessively into the page allocator
3405          */
3406         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3407         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3408                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3409                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3410                         return;
3411                 }
3412                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3413         }
3414
3415         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3416         free_unref_page_commit(page, pfn, migratetype, order);
3417         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3418 }
3419
3420 /*
3421  * Free a list of 0-order pages
3422  */
3423 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3424 {
3425         struct page *page, *next;
3426         unsigned long flags, pfn;
3427         int batch_count = 0;
3428         int migratetype;
3429
3430         /* Prepare pages for freeing */
3431         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3432                 pfn = page_to_pfn(page);
3433                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
3434                         list_del(&page->lru);
3435                         continue;
3436                 }
3437
3438                 /*
3439                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3440                  * comment in free_unref_page.
3441                  */
3442                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3443                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3444                         list_del(&page->lru);
3445                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
3446                         continue;
3447                 }
3448
3449                 set_page_private(page, pfn);
3450         }
3451
3452         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3453         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3454                 pfn = page_private(page);
3455                 set_page_private(page, 0);
3456
3457                 /*
3458                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3459                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3460                  */
3461                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3462                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
3463                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3464
3465                 trace_mm_page_free_batched(page);
3466                 free_unref_page_commit(page, pfn, migratetype, 0);
3467
3468                 /*
3469                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3470                  * a large list of pages to free.
3471                  */
3472                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3473                         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3474                         batch_count = 0;
3475                         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3476                 }
3477         }
3478         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3479 }
3480
3481 /*
3482  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3483  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3484  * Each sub-page must be freed individually.
3485  *
3486  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3487  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3488  */
3489 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3490 {
3491         int i;
3492
3493         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3494         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3495
3496         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3497                 set_page_refcounted(page + i);
3498         split_page_owner(page, 1 << order);
3499         split_page_memcg(page, 1 << order);
3500 }
3501 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3502
3503 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3504 {
3505         unsigned long watermark;
3506         struct zone *zone;
3507         int mt;
3508
3509         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3510
3511         zone = page_zone(page);
3512         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3513
3514         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3515                 /*
3516                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3517                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3518                  * watermark, because we already know our high-order page
3519                  * exists.
3520                  */
3521                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3522                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3523                         return 0;
3524
3525                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3526         }
3527
3528         /* Remove page from free list */
3529
3530         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3531
3532         /*
3533          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3534          * pageblock
3535          */
3536         if (order >= pageblock_order - 1) {
3537                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3538                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3539                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3540                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3541                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3542                                 set_pageblock_migratetype(page,
3543                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3544                 }
3545         }
3546
3547
3548         return 1UL << order;
3549 }
3550
3551 /**
3552  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3553  * @page: Page that was isolated
3554  * @order: Order of the isolated page
3555  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3556  *
3557  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3558  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3559  */
3560 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3561 {
3562         struct zone *zone = page_zone(page);
3563
3564         /* zone lock should be held when this function is called */
3565         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3566
3567         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3568         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3569                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3570 }
3571
3572 /*
3573  * Update NUMA hit/miss statistics
3574  *
3575  * Must be called with interrupts disabled.
3576  */
3577 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3578                                    long nr_account)
3579 {
3580 #ifdef CONFIG_NUMA
3581         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3582
3583         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3584         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3585                 return;
3586
3587         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3588                 local_stat = NUMA_OTHER;
3589
3590         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3591                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3592         else {
3593                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3594                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3595         }
3596         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3597 #endif
3598 }
3599
3600 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3601 static inline
3602 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3603                         int migratetype,
3604                         unsigned int alloc_flags,
3605                         struct per_cpu_pages *pcp,
3606                         struct list_head *list)
3607 {
3608         struct page *page;
3609
3610         do {
3611                 if (list_empty(list)) {
3612                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3613                         int alloced;
3614
3615                         /*
3616                          * Scale batch relative to order if batch implies
3617                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3618                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3619                          * should never store free pages as the pages may
3620                          * belong to arbitrary zones.
3621                          */
3622                         if (batch > 1)
3623                                 batch = max(batch >> order, 2);
3624                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3625                                         batch, list,
3626                                         migratetype, alloc_flags);
3627
3628                         pcp->count += alloced << order;
3629                         if (unlikely(list_empty(list)))
3630                                 return NULL;
3631                 }
3632
3633                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3634                 list_del(&page->lru);
3635                 pcp->count -= 1 << order;
3636         } while (check_new_pcp(page));
3637
3638         return page;
3639 }
3640
3641 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3642 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3643                         struct zone *zone, unsigned int order,
3644                         gfp_t gfp_flags, int migratetype,
3645                         unsigned int alloc_flags)
3646 {
3647         struct per_cpu_pages *pcp;
3648         struct list_head *list;
3649         struct page *page;
3650         unsigned long flags;
3651
3652         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3653
3654         /*
3655          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3656          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3657          * frees.
3658          */
3659         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3660         pcp->free_factor >>= 1;
3661         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3662         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3663         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3664         if (page) {
3665                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3666                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3667         }
3668         return page;
3669 }
3670
3671 /*
3672  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3673  */
3674 static inline
3675 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3676                         struct zone *zone, unsigned int order,
3677                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3678                         int migratetype)
3679 {
3680         unsigned long flags;
3681         struct page *page;
3682
3683         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3684                 /*
3685                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3686                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3687                  */
3688                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3689                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3690                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3691                                         gfp_flags, migratetype, alloc_flags);
3692                         goto out;
3693                 }
3694         }
3695
3696         /*
3697          * We most definitely don't want callers attempting to
3698          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3699          */
3700         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3701         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3702
3703         do {
3704                 page = NULL;
3705                 /*
3706                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3707                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3708                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3709                  * request should skip it.
3710                  */
3711                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3712                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3713                         if (page)
3714                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3715                 }
3716                 if (!page)
3717                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3718         } while (page && check_new_pages(page, order));
3719         if (!page)
3720                 goto failed;
3721
3722         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3723                                   get_pcppage_migratetype(page));
3724         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3725
3726         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3727         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3728
3729 out:
3730         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3731         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3732                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3733                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3734         }
3735
3736         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3737         return page;
3738
3739 failed:
3740         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3741         return NULL;
3742 }
3743
3744 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3745
3746 static struct {
3747         struct fault_attr attr;
3748
3749         bool ignore_gfp_highmem;
3750         bool ignore_gfp_reclaim;
3751         u32 min_order;
3752 } fail_page_alloc = {
3753         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3754         .ignore_gfp_reclaim = true,
3755         .ignore_gfp_highmem = true,
3756         .min_order = 1,
3757 };
3758
3759 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3760 {
3761         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3762 }
3763 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3764
3765 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3766 {
3767         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3768                 return false;
3769         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3770                 return false;
3771         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3772                 return false;
3773         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3774                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3775                 return false;
3776
3777         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3778 }
3779
3780 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3781
3782 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3783 {
3784         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3785         struct dentry *dir;
3786
3787         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3788                                         &fail_page_alloc.attr);
3789
3790         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3791                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3792         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3793                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3794         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3795
3796         return 0;
3797 }
3798
3799 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3800
3801 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3802
3803 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3804
3805 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3806 {
3807         return false;
3808 }
3809
3810 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3811
3812 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3813 {
3814         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3815 }
3816 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3817
3818 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3819                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3820 {
3821         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3822         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3823
3824         /*
3825          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3826          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3827          * atomic reserve but it avoids a search.
3828          */
3829         if (likely(!alloc_harder))
3830                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3831
3832 #ifdef CONFIG_CMA
3833         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3834         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3835                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3836 #endif
3837
3838         return unusable_free;
3839 }
3840
3841 /*
3842  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3843  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3844  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3845  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3846  */
3847 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3848                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3849                          long free_pages)
3850 {
3851         long min = mark;
3852         int o;
3853         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3854
3855         /* free_pages may go negative - that's OK */
3856         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3857
3858         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3859                 min -= min / 2;
3860
3861         if (unlikely(alloc_harder)) {
3862                 /*
3863                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3864                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3865                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3866                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3867                  */
3868                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3869                         min -= min / 2;
3870                 else
3871                         min -= min / 4;
3872         }
3873
3874         /*
3875          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3876          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3877          * even if a suitable page happened to be free.
3878          */
3879         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3880                 return false;
3881
3882         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3883         if (!order)
3884                 return true;
3885
3886         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3887         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3888                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3889                 int mt;
3890
3891                 if (!area->nr_free)
3892                         continue;
3893
3894                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3895                         if (!free_area_empty(area, mt))
3896                                 return true;
3897                 }
3898
3899 #ifdef CONFIG_CMA
3900                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3901                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3902                         return true;
3903                 }
3904 #endif
3905                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3906                         return true;
3907         }
3908         return false;
3909 }
3910
3911 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3912                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3913 {
3914         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3915                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3916 }
3917
3918 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3919                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3920                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3921 {
3922         long free_pages;
3923
3924         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3925
3926         /*
3927          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3928          * need to be calculated.
3929          */
3930         if (!order) {
3931                 long fast_free;
3932
3933                 fast_free = free_pages;
3934                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3935                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3936                         return true;
3937         }
3938
3939         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3940                                         free_pages))
3941                 return true;
3942         /*
3943          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3944          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3945          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3946          * when below the low watermark.
3947          */
3948         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3949                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3950                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3951                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3952                                         alloc_flags, free_pages);
3953         }
3954
3955         return false;
3956 }
3957
3958 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3959                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3960 {
3961         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3962
3963         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3964                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3965
3966         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3967                                                                 free_pages);
3968 }
3969
3970 #ifdef CONFIG_NUMA
3971 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3972 {
3973         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3974                                 node_reclaim_distance;
3975 }
3976 #else   /* CONFIG_NUMA */
3977 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3978 {
3979         return true;
3980 }
3981 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3982
3983 /*
3984  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3985  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3986  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3987  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3988  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3989  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3990  */
3991 static inline unsigned int
3992 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3993 {
3994         unsigned int alloc_flags;
3995
3996         /*
3997          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3998          * to save a branch.
3999          */
4000         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
4001
4002 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
4003         if (!zone)
4004                 return alloc_flags;
4005
4006         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
4007                 return alloc_flags;
4008
4009         /*
4010          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
4011          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
4012          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
4013          */
4014         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
4015         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
4016                 return alloc_flags;
4017
4018         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
4019 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
4020         return alloc_flags;
4021 }
4022
4023 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
4024 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
4025                                                   unsigned int alloc_flags)
4026 {
4027 #ifdef CONFIG_CMA
4028         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4029                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4030 #endif
4031         return alloc_flags;
4032 }
4033
4034 /*
4035  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4036  * a page.
4037  */
4038 static struct page *
4039 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4040                                                 const struct alloc_context *ac)
4041 {
4042         struct zoneref *z;
4043         struct zone *zone;
4044         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
4045         bool no_fallback;
4046
4047 retry:
4048         /*
4049          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4050          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
4051          */
4052         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4053         z = ac->preferred_zoneref;
4054         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4055                                         ac->nodemask) {
4056                 struct page *page;
4057                 unsigned long mark;
4058
4059                 if (cpusets_enabled() &&
4060                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4061                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4062                                 continue;
4063                 /*
4064                  * When allocating a page cache page for writing, we
4065                  * want to get it from a node that is within its dirty
4066                  * limit, such that no single node holds more than its
4067                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4068                  * The dirty limits take into account the node's
4069                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4070                  * should be able to balance it without having to
4071                  * write pages from its LRU list.
4072                  *
4073                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4074                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4075                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4076                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4077                  * nodes are together not big enough to reach the
4078                  * global limit.  The proper fix for these situations
4079                  * will require awareness of nodes in the
4080                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4081                  */
4082                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4083                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
4084                                 continue;
4085
4086                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
4087                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
4088                                 continue;
4089                         }
4090                 }
4091
4092                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4093                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4094                         int local_nid;
4095
4096                         /*
4097                          * If moving to a remote node, retry but allow
4098                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4099                          * than fragmentation avoidance.
4100                          */
4101                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4102                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4103                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4104                                 goto retry;
4105                         }
4106                 }
4107
4108                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4109                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4110                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4111                                        gfp_mask)) {
4112                         int ret;
4113
4114 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4115                         /*
4116                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4117                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4118                          */
4119                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4120                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4121                                         goto try_this_zone;
4122                         }
4123 #endif
4124                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4125                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4126                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4127                                 goto try_this_zone;
4128
4129                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4130                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4131                                 continue;
4132
4133                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4134                         switch (ret) {
4135                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4136                                 /* did not scan */
4137                                 continue;
4138                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4139                                 /* scanned but unreclaimable */
4140                                 continue;
4141                         default:
4142                                 /* did we reclaim enough */
4143                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4144                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4145                                         goto try_this_zone;
4146
4147                                 continue;
4148                         }
4149                 }
4150
4151 try_this_zone:
4152                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4153                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4154                 if (page) {
4155                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4156
4157                         /*
4158                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4159                          * if the pageblock should be reserved for the future
4160                          */
4161                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4162                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4163
4164                         return page;
4165                 } else {
4166 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4167                         /* Try again if zone has deferred pages */
4168                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4169                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4170                                         goto try_this_zone;
4171                         }
4172 #endif
4173                 }
4174         }
4175
4176         /*
4177          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4178          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4179          */
4180         if (no_fallback) {
4181                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4182                 goto retry;
4183         }
4184
4185         return NULL;
4186 }
4187
4188 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4189 {
4190         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4191
4192         /*
4193          * This documents exceptions given to allocations in certain
4194          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4195          * of allowed nodes.
4196          */
4197         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4198                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4199                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4200                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4201         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4202                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4203
4204         show_mem(filter, nodemask);
4205 }
4206
4207 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4208 {
4209         struct va_format vaf;
4210         va_list args;
4211         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4212
4213         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
4214                 return;
4215
4216         va_start(args, fmt);
4217         vaf.fmt = fmt;
4218         vaf.va = &args;
4219         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4220                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4221                         nodemask_pr_args(nodemask));
4222         va_end(args);
4223
4224         cpuset_print_current_mems_allowed();
4225         pr_cont("\n");
4226         dump_stack();
4227         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4228 }
4229
4230 static inline struct page *
4231 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4232                               unsigned int alloc_flags,
4233                               const struct alloc_context *ac)
4234 {
4235         struct page *page;
4236
4237         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4238                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4239         /*
4240          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4241          * are depleted
4242          */
4243         if (!page)
4244                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4245                                 alloc_flags, ac);
4246
4247         return page;
4248 }
4249
4250 static inline struct page *
4251 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4252         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4253 {
4254         struct oom_control oc = {
4255                 .zonelist = ac->zonelist,
4256                 .nodemask = ac->nodemask,
4257                 .memcg = NULL,
4258                 .gfp_mask = gfp_mask,
4259                 .order = order,
4260         };
4261         struct page *page;
4262
4263         *did_some_progress = 0;
4264
4265         /*
4266          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4267          * making progress for us.
4268          */
4269         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4270                 *did_some_progress = 1;
4271                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4272                 return NULL;
4273         }
4274
4275         /*
4276          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4277          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4278          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4279          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4280          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4281          */
4282         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4283                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4284                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4285         if (page)
4286                 goto out;
4287
4288         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4289         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4290                 goto out;
4291         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4292         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4293                 goto out;
4294         /*
4295          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4296          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4297          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4298          * fallback than shooting a random task.
4299          *
4300          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4301          */
4302         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4303                 goto out;
4304         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4305         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4306                 goto out;
4307         if (pm_suspended_storage())
4308                 goto out;
4309         /*
4310          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4311          * other request to make a forward progress.
4312          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4313          * do much for this context but let's try it to at least get
4314          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4315          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4316          * failures more gracefully we should just bail out here.
4317          */
4318
4319         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4320         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4321                 *did_some_progress = 1;
4322
4323                 /*
4324                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4325                  * reserves
4326                  */
4327                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4328                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4329                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4330         }
4331 out:
4332         mutex_unlock(&oom_lock);
4333         return page;
4334 }
4335
4336 /*
4337  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4338  * killer is consider as the only way to move forward.
4339  */
4340 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4341
4342 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4343 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4344 static struct page *
4345 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4346                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4347                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4348 {
4349         struct page *page = NULL;
4350         unsigned long pflags;
4351         unsigned int noreclaim_flag;
4352
4353         if (!order)
4354                 return NULL;
4355
4356         psi_memstall_enter(&pflags);
4357         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4358
4359         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4360                                                                 prio, &page);
4361
4362         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4363         psi_memstall_leave(&pflags);
4364
4365         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4366                 return NULL;
4367         /*
4368          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4369          * count a compaction stall
4370          */
4371         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4372
4373         /* Prep a captured page if available */
4374         if (page)
4375                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4376
4377         /* Try get a page from the freelist if available */
4378         if (!page)
4379                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4380
4381         if (page) {
4382                 struct zone *zone = page_zone(page);
4383
4384                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4385                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4386                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4387                 return page;
4388         }
4389
4390         /*
4391          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4392          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4393          */
4394         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4395
4396         cond_resched();
4397
4398         return NULL;
4399 }
4400
4401 static inline bool
4402 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4403                      enum compact_result compact_result,
4404                      enum compact_priority *compact_priority,
4405                      int *compaction_retries)
4406 {
4407         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4408         int min_priority;
4409         bool ret = false;
4410         int retries = *compaction_retries;
4411         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4412
4413         if (!order)
4414                 return false;
4415
4416         if (fatal_signal_pending(current))
4417                 return false;
4418
4419         if (compaction_made_progress(compact_result))
4420                 (*compaction_retries)++;
4421
4422         /*
4423          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4424          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4425          * failure could be caused by insufficient priority
4426          */
4427         if (compaction_failed(compact_result))
4428                 goto check_priority;
4429
4430         /*
4431          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4432          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4433          */
4434         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4435                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4436                 goto out;
4437         }
4438
4439         /*
4440          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4441          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4442          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4443          * we don't just keep bailing out endlessly.
4444          */
4445         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4446                 goto check_priority;
4447         }
4448
4449         /*
4450          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4451          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4452          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4453          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4454          * would need much more detailed feedback from compaction to
4455          * make a better decision.
4456          */
4457         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4458                 max_retries /= 4;
4459         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4460                 ret = true;
4461                 goto out;
4462         }
4463
4464         /*
4465          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4466          * all retries or failed at the lower priorities.
4467          */
4468 check_priority:
4469         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4470                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4471
4472         if (*compact_priority > min_priority) {
4473                 (*compact_priority)--;
4474                 *compaction_retries = 0;
4475                 ret = true;
4476         }
4477 out:
4478         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4479         return ret;
4480 }
4481 #else
4482 static inline struct page *
4483 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4484                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4485                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4486 {
4487         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4488         return NULL;
4489 }
4490
4491 static inline bool
4492 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4493                      enum compact_result compact_result,
4494                      enum compact_priority *compact_priority,
4495                      int *compaction_retries)
4496 {
4497         struct zone *zone;
4498         struct zoneref *z;
4499
4500         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4501                 return false;
4502
4503         /*
4504          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4505          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4506          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4507          * watermarks are OK.
4508          */
4509         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4510                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4511                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4512                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4513                         return true;
4514         }
4515         return false;
4516 }
4517 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4518
4519 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4520 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4521         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4522
4523 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4524 {
4525         /* no reclaim without waiting on it */
4526         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4527                 return false;
4528
4529         /* this guy won't enter reclaim */
4530         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4531                 return false;
4532
4533         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4534                 return false;
4535
4536         return true;
4537 }
4538
4539 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
4540 {
4541         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
4542 }
4543
4544 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
4545 {
4546         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
4547 }
4548
4549 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4550 {
4551         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4552
4553         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4554                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4555                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
4556
4557 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4558                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4559                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4560 #endif
4561
4562         }
4563 }
4564 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4565
4566 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4567 {
4568         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4569
4570         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4571                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4572                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
4573         }
4574 }
4575 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4576 #endif
4577
4578 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4579 static unsigned long
4580 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4581                                         const struct alloc_context *ac)
4582 {
4583         unsigned int noreclaim_flag;
4584         unsigned long pflags, progress;
4585
4586         cond_resched();
4587
4588         /* We now go into synchronous reclaim */
4589         cpuset_memory_pressure_bump();
4590         psi_memstall_enter(&pflags);
4591         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4592         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4593
4594         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4595                                                                 ac->nodemask);
4596
4597         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4598         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4599         psi_memstall_leave(&pflags);
4600
4601         cond_resched();
4602
4603         return progress;
4604 }
4605
4606 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4607 static inline struct page *
4608 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4609                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4610                 unsigned long *did_some_progress)
4611 {
4612         struct page *page = NULL;
4613         bool drained = false;
4614
4615         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4616         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4617                 return NULL;
4618
4619 retry:
4620         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4621
4622         /*
4623          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4624          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4625          * Shrink them and try again
4626          */
4627         if (!page && !drained) {
4628                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4629                 drain_all_pages(NULL);
4630                 drained = true;
4631                 goto retry;
4632         }
4633
4634         return page;
4635 }
4636
4637 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4638                              const struct alloc_context *ac)
4639 {
4640         struct zoneref *z;
4641         struct zone *zone;
4642         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4643         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4644
4645         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4646                                         ac->nodemask) {
4647                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4648                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4649                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4650         }
4651 }
4652
4653 static inline unsigned int
4654 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4655 {
4656         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4657
4658         /*
4659          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4660          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4661          * to save two branches.
4662          */
4663         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4664         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4665
4666         /*
4667          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4668          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4669          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4670          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4671          */
4672         alloc_flags |= (__force int)
4673                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4674
4675         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4676                 /*
4677                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4678                  * if it can't schedule.
4679                  */
4680                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4681                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4682                 /*
4683                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4684                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4685                  */
4686                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4687         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
4688                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4689
4690         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4691
4692         return alloc_flags;
4693 }
4694
4695 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4696 {
4697         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4698                 return false;
4699
4700         /*
4701          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4702          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4703          */
4704         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4705                 return false;
4706
4707         return true;
4708 }
4709
4710 /*
4711  * Distinguish requests which really need access to full memory
4712  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4713  */
4714 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4715 {
4716         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4717                 return 0;
4718         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4719                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4720         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4721                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4722         if (!in_interrupt()) {
4723                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4724                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4725                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4726                         return ALLOC_OOM;
4727         }
4728
4729         return 0;
4730 }
4731
4732 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4733 {
4734         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4735 }
4736
4737 /*
4738  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4739  * for the given allocation request.
4740  *
4741  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4742  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4743  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4744  *
4745  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4746  */
4747 static inline bool
4748 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4749                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4750                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4751 {
4752         struct zone *zone;
4753         struct zoneref *z;
4754         bool ret = false;
4755
4756         /*
4757          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4758          * their order will become available due to high fragmentation so
4759          * always increment the no progress counter for them
4760          */
4761         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4762                 *no_progress_loops = 0;
4763         else
4764                 (*no_progress_loops)++;
4765
4766         /*
4767          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4768          * several times in the row.
4769          */
4770         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4771                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4772                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4773         }
4774
4775         /*
4776          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4777          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4778          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4779          * screwed and have to go OOM.
4780          */
4781         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4782                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4783                 unsigned long available;
4784                 unsigned long reclaimable;
4785                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4786                 bool wmark;
4787
4788                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4789                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4790
4791                 /*
4792                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4793                  * reclaimable pages?
4794                  */
4795                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4796                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4797                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4798                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4799                 if (wmark) {
4800                         /*
4801                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4802                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4803                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4804                          * prevent from pre mature OOM
4805                          */
4806                         if (!did_some_progress) {
4807                                 unsigned long write_pending;
4808
4809                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4810                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4811
4812                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4813                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4814                                         return true;
4815                                 }
4816                         }
4817
4818                         ret = true;
4819                         goto out;
4820                 }
4821         }
4822
4823 out:
4824         /*
4825          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4826          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4827          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4828          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4829          * here rather than calling cond_resched().
4830          */
4831         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4832                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4833         else
4834                 cond_resched();
4835         return ret;
4836 }
4837
4838 static inline bool
4839 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4840 {
4841         /*
4842          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4843          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4844          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4845          * such a way the check therein was true, and then it became false
4846          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4847          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4848          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4849          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4850          * caller can deal with a violated nodemask.
4851          */
4852         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4853                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4854                 ac->nodemask = NULL;
4855                 return true;
4856         }
4857
4858         /*
4859          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4860          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4861          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4862          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4863          * retry.
4864          */
4865         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4866                 return true;
4867
4868         return false;
4869 }
4870
4871 static inline struct page *
4872 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4873                                                 struct alloc_context *ac)
4874 {
4875         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4876         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4877         struct page *page = NULL;
4878         unsigned int alloc_flags;
4879         unsigned long did_some_progress;
4880         enum compact_priority compact_priority;
4881         enum compact_result compact_result;
4882         int compaction_retries;
4883         int no_progress_loops;
4884         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4885         int reserve_flags;
4886
4887         /*
4888          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4889          * callers that are not in atomic context.
4890          */
4891         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4892                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4893                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4894
4895 retry_cpuset:
4896         compaction_retries = 0;
4897         no_progress_loops = 0;
4898         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4899         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4900
4901         /*
4902          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4903          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4904          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4905          */
4906         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4907
4908         /*
4909          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4910          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4911          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4912          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4913          */
4914         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4915                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4916         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4917                 goto nopage;
4918
4919         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4920                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4921
4922         /*
4923          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4924          * that first
4925          */
4926         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4927         if (page)
4928                 goto got_pg;
4929
4930         /*
4931          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4932          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4933          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4934          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4935          * same migratetype.
4936          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4937          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4938          */
4939         if (can_direct_reclaim &&
4940                         (costly_order ||
4941                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4942                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4943                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4944                                                 alloc_flags, ac,
4945                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4946                                                 &compact_result);
4947                 if (page)
4948                         goto got_pg;
4949
4950                 /*
4951                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4952                  * includes some THP page fault allocations
4953                  */
4954                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4955                         /*
4956                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4957                          * failed because all zones are below low watermarks
4958                          * or is prohibited because it recently failed at this
4959                          * order, fail immediately unless the allocator has
4960                          * requested compaction and reclaim retry.
4961                          *
4962                          * Reclaim is
4963                          *  - potentially very expensive because zones are far
4964                          *    below their low watermarks or this is part of very
4965                          *    bursty high order allocations,
4966                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4967                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4968                          *    linear scan, and
4969                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4970                          *    own.
4971                          */
4972                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4973                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4974                                 goto nopage;
4975
4976                         /*
4977                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4978                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4979                          * using async compaction.
4980                          */
4981                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4982                 }
4983         }
4984
4985 retry:
4986         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4987         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4988                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4989
4990         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4991         if (reserve_flags)
4992                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
4993
4994         /*
4995          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4996          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4997          * user oriented.
4998          */
4999         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
5000                 ac->nodemask = NULL;
5001                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5002                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5003         }
5004
5005         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
5006         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5007         if (page)
5008                 goto got_pg;
5009
5010         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
5011         if (!can_direct_reclaim)
5012                 goto nopage;
5013
5014         /* Avoid recursion of direct reclaim */
5015         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
5016                 goto nopage;
5017
5018         /* Try direct reclaim and then allocating */
5019         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5020                                                         &did_some_progress);
5021         if (page)
5022                 goto got_pg;
5023
5024         /* Try direct compaction and then allocating */
5025         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5026                                         compact_priority, &compact_result);
5027         if (page)
5028                 goto got_pg;
5029
5030         /* Do not loop if specifically requested */
5031         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5032                 goto nopage;
5033
5034         /*
5035          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5036          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5037          */
5038         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5039                 goto nopage;
5040
5041         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5042                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5043                 goto retry;
5044
5045         /*
5046          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5047          * reclaim is not able to make any progress because the current
5048          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5049          * of free memory (see __compaction_suitable)
5050          */
5051         if (did_some_progress > 0 &&
5052                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5053                                 compact_result, &compact_priority,
5054                                 &compaction_retries))
5055                 goto retry;
5056
5057
5058         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
5059         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5060                 goto retry_cpuset;
5061
5062         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5063         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5064         if (page)
5065                 goto got_pg;
5066
5067         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5068         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5069             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5070              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5071                 goto nopage;
5072
5073         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5074         if (did_some_progress) {
5075                 no_progress_loops = 0;
5076                 goto retry;
5077         }
5078
5079 nopage:
5080         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
5081         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5082                 goto retry_cpuset;
5083
5084         /*
5085          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5086          * we always retry
5087          */
5088         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5089                 /*
5090                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5091                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5092                  */
5093                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
5094                         goto fail;
5095
5096                 /*
5097                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5098                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5099                  * for somebody to do a work for us
5100                  */
5101                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
5102
5103                 /*
5104                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5105                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5106                  * so that we can identify them and convert them to something
5107                  * else.
5108                  */
5109                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
5110
5111                 /*
5112                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5113                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5114                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5115                  * the situation worse
5116                  */
5117                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5118                 if (page)
5119                         goto got_pg;
5120
5121                 cond_resched();
5122                 goto retry;
5123         }
5124 fail:
5125         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5126                         "page allocation failure: order:%u", order);
5127 got_pg:
5128         return page;
5129 }
5130
5131 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5132                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5133                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5134                 unsigned int *alloc_flags)
5135 {
5136         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5137         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5138         ac->nodemask = nodemask;
5139         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5140
5141         if (cpusets_enabled()) {
5142                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5143                 /*
5144                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5145                  * to the current task context. It means that any node ok.
5146                  */
5147                 if (in_task() && !ac->nodemask)
5148                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5149                 else
5150                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5151         }
5152
5153         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
5154         fs_reclaim_release(gfp_mask);
5155
5156         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
5157
5158         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5159                 return false;
5160
5161         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5162
5163         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5164         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5165
5166         /*
5167          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5168          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5169          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5170          */
5171         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5172                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5173
5174         return true;
5175 }
5176
5177 /*
5178  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5179  * @gfp: GFP flags for the allocation
5180  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5181  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5182  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5183  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5184  * @page_array: Optional array to store the pages
5185  *
5186  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5187  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5188  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5189  *
5190  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5191  *
5192  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5193  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5194  *
5195  * Returns the number of pages on the list or array.
5196  */
5197 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5198                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5199                         struct list_head *page_list,
5200                         struct page **page_array)
5201 {
5202         struct page *page;
5203         unsigned long flags;
5204         struct zone *zone;
5205         struct zoneref *z;
5206         struct per_cpu_pages *pcp;
5207         struct list_head *pcp_list;
5208         struct alloc_context ac;
5209         gfp_t alloc_gfp;
5210         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5211         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5212
5213         /*
5214          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5215          * to be allocated before disabling IRQs.
5216          */
5217         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5218                 nr_populated++;
5219
5220         /* No pages requested? */
5221         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5222                 goto out;
5223
5224         /* Already populated array? */
5225         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5226                 goto out;
5227
5228         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
5229         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
5230                 goto failed;
5231
5232         /* Use the single page allocator for one page. */
5233         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5234                 goto failed;
5235
5236 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
5237         /*
5238          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
5239          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
5240          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
5241          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
5242          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
5243          */
5244         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
5245                 goto failed;
5246 #endif
5247
5248         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5249         gfp &= gfp_allowed_mask;
5250         alloc_gfp = gfp;
5251         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5252                 goto out;
5253         gfp = alloc_gfp;
5254
5255         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5256         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5257                 unsigned long mark;
5258
5259                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5260                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5261                         continue;
5262                 }
5263
5264                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5265                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5266                         goto failed;
5267                 }
5268
5269                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5270                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5271                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5272                                 alloc_flags, gfp)) {
5273                         break;
5274                 }
5275         }
5276
5277         /*
5278          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5279          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5280          */
5281         if (unlikely(!zone))
5282                 goto failed;
5283
5284         /* Attempt the batch allocation */
5285         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
5286         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
5287         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5288
5289         while (nr_populated < nr_pages) {
5290
5291                 /* Skip existing pages */
5292                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5293                         nr_populated++;
5294                         continue;
5295                 }
5296
5297                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5298                                                                 pcp, pcp_list);
5299                 if (unlikely(!page)) {
5300                         /* Try and get at least one page */
5301                         if (!nr_populated)
5302                                 goto failed_irq;
5303                         break;
5304                 }
5305                 nr_account++;
5306
5307                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5308                 if (page_list)
5309                         list_add(&page->lru, page_list);
5310                 else
5311                         page_array[nr_populated] = page;
5312                 nr_populated++;
5313         }
5314
5315         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5316
5317         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5318         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5319
5320 out:
5321         return nr_populated;
5322
5323 failed_irq:
5324         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5325
5326 failed:
5327         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5328         if (page) {
5329                 if (page_list)
5330                         list_add(&page->lru, page_list);
5331                 else
5332                         page_array[nr_populated] = page;
5333                 nr_populated++;
5334         }
5335
5336         goto out;
5337 }
5338 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5339
5340 /*
5341  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5342  */
5343 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5344                                                         nodemask_t *nodemask)
5345 {
5346         struct page *page;
5347         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5348         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5349         struct alloc_context ac = { };
5350
5351         /*
5352          * There are several places where we assume that the order value is sane
5353          * so bail out early if the request is out of bound.
5354          */
5355         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
5356                 WARN_ON_ONCE(!(gfp & __GFP_NOWARN));
5357                 return NULL;
5358         }
5359
5360         gfp &= gfp_allowed_mask;
5361         /*
5362          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5363          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5364          * from a particular context which has been marked by
5365          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5366          * movable zones are not used during allocation.
5367          */
5368         gfp = current_gfp_context(gfp);
5369         alloc_gfp = gfp;
5370         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5371                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5372                 return NULL;
5373
5374         /*
5375          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5376          * memory until all local zones are considered.
5377          */
5378         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5379
5380         /* First allocation attempt */
5381         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5382         if (likely(page))
5383                 goto out;
5384
5385         alloc_gfp = gfp;
5386         ac.spread_dirty_pages = false;
5387
5388         /*
5389          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5390          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5391          */
5392         ac.nodemask = nodemask;
5393
5394         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5395
5396 out:
5397         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5398             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5399                 __free_pages(page, order);
5400                 page = NULL;
5401         }
5402
5403         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5404
5405         return page;
5406 }
5407 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5408
5409 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5410                 nodemask_t *nodemask)
5411 {
5412         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
5413                         preferred_nid, nodemask);
5414
5415         if (page && order > 1)
5416                 prep_transhuge_page(page);
5417         return (struct folio *)page;
5418 }
5419 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
5420
5421 /*
5422  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5423  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5424  * you need to access high mem.
5425  */
5426 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5427 {
5428         struct page *page;
5429
5430         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5431         if (!page)
5432                 return 0;
5433         return (unsigned long) page_address(page);
5434 }
5435 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5436
5437 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5438 {
5439         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5440 }
5441 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5442
5443 /**
5444  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5445  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5446  * @order: The order of the allocation.
5447  *
5448  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5449  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5450  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5451  * than was allocated will probably emit a warning.
5452  *
5453  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5454  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5455  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5456  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5457  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5458  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5459  *
5460  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5461  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5462  */
5463 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5464 {
5465         if (put_page_testzero(page))
5466                 free_the_page(page, order);
5467         else if (!PageHead(page))
5468                 while (order-- > 0)
5469                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5470 }
5471 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5472
5473 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5474 {
5475         if (addr != 0) {
5476                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5477                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5478         }
5479 }
5480
5481 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5482
5483 /*
5484  * Page Fragment:
5485  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5486  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5487  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5488  *
5489  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5490  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5491  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5492  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5493  */
5494 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5495                                              gfp_t gfp_mask)
5496 {
5497         struct page *page = NULL;
5498         gfp_t gfp = gfp_mask;
5499
5500 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5501         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5502                     __GFP_NOMEMALLOC;
5503         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5504                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5505         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5506 #endif
5507         if (unlikely(!page))
5508                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5509
5510         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5511
5512         return page;
5513 }
5514
5515 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5516 {
5517         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5518
5519         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5520                 free_the_page(page, compound_order(page));
5521 }
5522 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5523
5524 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5525                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5526                       unsigned int align_mask)
5527 {
5528         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5529         struct page *page;
5530         int offset;
5531
5532         if (unlikely(!nc->va)) {
5533 refill:
5534                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5535                 if (!page)
5536                         return NULL;
5537
5538 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5539                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5540                 size = nc->size;
5541 #endif
5542                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5543                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5544                  */
5545                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5546
5547                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5548                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5549                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5550                 nc->offset = size;
5551         }
5552
5553         offset = nc->offset - fragsz;
5554         if (unlikely(offset < 0)) {
5555                 page = virt_to_page(nc->va);
5556
5557                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5558                         goto refill;
5559
5560                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5561                         free_the_page(page, compound_order(page));
5562                         goto refill;
5563                 }
5564
5565 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5566                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5567                 size = nc->size;
5568 #endif
5569                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5570                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5571
5572                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5573                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5574                 offset = size - fragsz;
5575         }
5576
5577         nc->pagecnt_bias--;
5578         offset &= align_mask;
5579         nc->offset = offset;
5580
5581         return nc->va + offset;
5582 }
5583 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5584
5585 /*
5586  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5587  */
5588 void page_frag_free(void *addr)
5589 {
5590         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5591
5592         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5593                 free_the_page(page, compound_order(page));
5594 }
5595 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5596
5597 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5598                 size_t size)
5599 {
5600         if (addr) {
5601                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5602                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5603
5604                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5605                 while (used < alloc_end) {
5606                         free_page(used);
5607                         used += PAGE_SIZE;
5608                 }
5609         }
5610         return (void *)addr;
5611 }
5612
5613 /**
5614  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5615  * @size: the number of bytes to allocate
5616  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5617  *
5618  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5619  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5620  * allocate memory in power-of-two pages.
5621  *
5622  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5623  *
5624  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5625  *
5626  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5627  */
5628 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5629 {
5630         unsigned int order = get_order(size);
5631         unsigned long addr;
5632
5633         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5634                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5635
5636         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5637         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5638 }
5639 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5640
5641 /**
5642  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5643  *                         pages on a node.
5644  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5645  * @size: the number of bytes to allocate
5646  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5647  *
5648  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5649  * back.
5650  *
5651  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5652  */
5653 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5654 {
5655         unsigned int order = get_order(size);
5656         struct page *p;
5657
5658         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5659                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5660
5661         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5662         if (!p)
5663                 return NULL;
5664         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5665 }
5666
5667 /**
5668  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5669  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5670  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5671  *
5672  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5673  */
5674 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5675 {
5676         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5677         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5678
5679         while (addr < end) {
5680                 free_page(addr);
5681                 addr += PAGE_SIZE;
5682         }
5683 }
5684 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5685
5686 /**
5687  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5688  * @offset: The zone index of the highest zone
5689  *
5690  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5691  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5692  * zone, the number of pages is calculated as:
5693  *
5694  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5695  *
5696  * Return: number of pages beyond high watermark.
5697  */
5698 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5699 {
5700         struct zoneref *z;
5701         struct zone *zone;
5702
5703         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5704         unsigned long sum = 0;
5705
5706         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5707
5708         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5709                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5710                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5711                 if (size > high)
5712                         sum += size - high;
5713         }
5714
5715         return sum;
5716 }
5717
5718 /**
5719  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5720  *
5721  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5722  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5723  *
5724  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5725  * ZONE_NORMAL.
5726  */
5727 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5728 {
5729         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5730 }
5731 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5732
5733 static inline void show_node(struct zone *zone)
5734 {
5735         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5736                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5737 }
5738
5739 long si_mem_available(void)
5740 {
5741         long available;
5742         unsigned long pagecache;
5743         unsigned long wmark_low = 0;
5744         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5745         unsigned long reclaimable;
5746         struct zone *zone;
5747         int lru;
5748
5749         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5750                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5751
5752         for_each_zone(zone)
5753                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5754
5755         /*
5756          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5757          * without causing swapping.
5758          */
5759         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5760
5761         /*
5762          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5763          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5764          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5765          */
5766         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5767         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5768         available += pagecache;
5769
5770         /*
5771          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5772          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5773          * low watermark.
5774          */
5775         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5776                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5777         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5778
5779         if (available < 0)
5780                 available = 0;
5781         return available;
5782 }
5783 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5784
5785 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5786 {
5787         val->totalram = totalram_pages();
5788         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5789         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5790         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5791         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5792         val->freehigh = nr_free_highpages();
5793         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5794 }
5795
5796 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5797
5798 #ifdef CONFIG_NUMA
5799 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5800 {
5801         int zone_type;          /* needs to be signed */
5802         unsigned long managed_pages = 0;
5803         unsigned long managed_highpages = 0;
5804         unsigned long free_highpages = 0;
5805         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5806
5807         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5808                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5809         val->totalram = managed_pages;
5810         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5811         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5812 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5813         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5814                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5815
5816                 if (is_highmem(zone)) {
5817                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5818                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5819                 }
5820         }
5821         val->totalhigh = managed_highpages;
5822         val->freehigh = free_highpages;
5823 #else
5824         val->totalhigh = managed_highpages;
5825         val->freehigh = free_highpages;
5826 #endif
5827         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5828 }
5829 #endif
5830
5831 /*
5832  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5833  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5834  */
5835 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5836 {
5837         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5838                 return false;
5839
5840         /*
5841          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5842          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5843          * have to be precise here.
5844          */
5845         if (!nodemask)
5846                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5847
5848         return !node_isset(nid, *nodemask);
5849 }
5850
5851 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5852
5853 static void show_migration_types(unsigned char type)
5854 {
5855         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5856                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5857                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5858                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5859                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5860 #ifdef CONFIG_CMA
5861                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5862 #endif
5863 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5864                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5865 #endif
5866         };
5867         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5868         char *p = tmp;
5869         int i;
5870
5871         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5872                 if (type & (1 << i))
5873                         *p++ = types[i];
5874         }
5875
5876         *p = '\0';
5877         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5878 }
5879
5880 /*
5881  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5882  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5883  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5884  *
5885  * Bits in @filter:
5886  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5887  *   cpuset.
5888  */
5889 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5890 {
5891         unsigned long free_pcp = 0;
5892         int cpu;
5893         struct zone *zone;
5894         pg_data_t *pgdat;
5895
5896         for_each_populated_zone(zone) {
5897                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5898                         continue;
5899
5900                 for_each_online_cpu(cpu)
5901                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5902         }
5903
5904         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5905                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5906                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5907                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5908                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5909                 " kernel_misc_reclaimable:%lu\n"
5910                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5911                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5912                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5913                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5914                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5915                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5916                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5917                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5918                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5919                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5920                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5921                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5922                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5923                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5924                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5925                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5926                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE),
5927                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5928                 free_pcp,
5929                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5930
5931         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5932                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5933                         continue;
5934
5935                 printk("Node %d"
5936                         " active_anon:%lukB"
5937                         " inactive_anon:%lukB"
5938                         " active_file:%lukB"
5939                         " inactive_file:%lukB"
5940                         " unevictable:%lukB"
5941                         " isolated(anon):%lukB"
5942                         " isolated(file):%lukB"
5943                         " mapped:%lukB"
5944                         " dirty:%lukB"
5945                         " writeback:%lukB"
5946                         " shmem:%lukB"
5947 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5948                         " shmem_thp: %lukB"
5949                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5950                         " anon_thp: %lukB"
5951 #endif
5952                         " writeback_tmp:%lukB"
5953                         " kernel_stack:%lukB"
5954 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5955                         " shadow_call_stack:%lukB"
5956 #endif
5957                         " pagetables:%lukB"
5958                         " all_unreclaimable? %s"
5959                         "\n",
5960                         pgdat->node_id,
5961                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5962                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5963                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5964                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5965                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5966                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5967                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5968                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5969                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5970                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5971                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5972 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5973                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
5974                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
5975                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
5976 #endif
5977                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5978                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5979 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5980                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5981 #endif
5982                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
5983                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5984                                 "yes" : "no");
5985         }
5986
5987         for_each_populated_zone(zone) {
5988                 int i;
5989
5990                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5991                         continue;
5992
5993                 free_pcp = 0;
5994                 for_each_online_cpu(cpu)
5995                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5996
5997                 show_node(zone);
5998                 printk(KERN_CONT
5999                         "%s"
6000                         " free:%lukB"
6001                         " min:%lukB"
6002                         " low:%lukB"
6003                         " high:%lukB"
6004                         " reserved_highatomic:%luKB"
6005                         " active_anon:%lukB"
6006                         " inactive_anon:%lukB"
6007                         " active_file:%lukB"
6008                         " inactive_file:%lukB"
6009                         " unevictable:%lukB"
6010                         " writepending:%lukB"
6011                         " present:%lukB"
6012                         " managed:%lukB"
6013                         " mlocked:%lukB"
6014                         " bounce:%lukB"
6015                         " free_pcp:%lukB"
6016                         " local_pcp:%ukB"
6017                         " free_cma:%lukB"
6018                         "\n",
6019                         zone->name,
6020                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
6021                         K(min_wmark_pages(zone)),
6022                         K(low_wmark_pages(zone)),
6023                         K(high_wmark_pages(zone)),
6024                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
6025                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
6026                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
6027                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
6028                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
6029                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6030                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6031                         K(zone->present_pages),
6032                         K(zone_managed_pages(zone)),
6033                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6034                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6035                         K(free_pcp),
6036                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6037                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6038                 printk("lowmem_reserve[]:");
6039                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6040                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6041                 printk(KERN_CONT "\n");
6042         }
6043
6044         for_each_populated_zone(zone) {
6045                 unsigned int order;
6046                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6047                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6048
6049                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6050                         continue;
6051                 show_node(zone);
6052                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6053
6054                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6055                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6056                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6057                         int type;
6058
6059                         nr[order] = area->nr_free;
6060                         total += nr[order] << order;
6061
6062                         types[order] = 0;
6063                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6064                                 if (!free_area_empty(area, type))
6065                                         types[order] |= 1 << type;
6066                         }
6067                 }
6068                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6069                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6070                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6071                                nr[order], K(1UL) << order);
6072                         if (nr[order])
6073                                 show_migration_types(types[order]);
6074                 }
6075                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6076         }
6077
6078         hugetlb_show_meminfo();
6079
6080         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6081
6082         show_swap_cache_info();
6083 }
6084
6085 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6086 {
6087         zoneref->zone = zone;
6088         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6089 }
6090
6091 /*
6092  * Builds allocation fallback zone lists.
6093  *
6094  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6095  */
6096 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6097 {
6098         struct zone *zone;
6099         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6100         int nr_zones = 0;
6101
6102         do {
6103                 zone_type--;
6104                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6105                 if (managed_zone(zone)) {
6106                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6107                         check_highest_zone(zone_type);
6108                 }
6109         } while (zone_type);
6110
6111         return nr_zones;
6112 }
6113
6114 #ifdef CONFIG_NUMA
6115
6116 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6117 {
6118         /*
6119          * We used to support different zonelists modes but they turned
6120          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6121          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6122          * not fail it silently
6123          */
6124         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6125                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6126                 return -EINVAL;
6127         }
6128         return 0;
6129 }
6130
6131 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6132
6133 /*
6134  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6135  */
6136 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6137                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6138 {
6139         if (write)
6140                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6141         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6142 }
6143
6144
6145 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
6146 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6147
6148 /**
6149  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6150  * @node: node whose fallback list we're appending
6151  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6152  *
6153  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6154  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6155  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6156  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6157  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6158  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6159  * on them otherwise.
6160  *
6161  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6162  */
6163 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6164 {
6165         int n, val;
6166         int min_val = INT_MAX;
6167         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6168
6169         /* Use the local node if we haven't already */
6170         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6171                 node_set(node, *used_node_mask);
6172                 return node;
6173         }
6174
6175         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6176
6177                 /* Don't want a node to appear more than once */
6178                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6179                         continue;
6180
6181                 /* Use the distance array to find the distance */
6182                 val = node_distance(node, n);
6183
6184                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6185                 val += (n < node);
6186
6187                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6188                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6189                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6190
6191                 /* Slight preference for less loaded node */
6192                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
6193                 val += node_load[n];
6194
6195                 if (val < min_val) {
6196                         min_val = val;
6197                         best_node = n;
6198                 }
6199         }
6200
6201         if (best_node >= 0)
6202                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6203
6204         return best_node;
6205 }
6206
6207
6208 /*
6209  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6210  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6211  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6212  */
6213 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6214                 unsigned nr_nodes)
6215 {
6216         struct zoneref *zonerefs;
6217         int i;
6218
6219         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6220
6221         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6222                 int nr_zones;
6223
6224                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6225
6226                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6227                 zonerefs += nr_zones;
6228         }
6229         zonerefs->zone = NULL;
6230         zonerefs->zone_idx = 0;
6231 }
6232
6233 /*
6234  * Build gfp_thisnode zonelists
6235  */
6236 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6237 {
6238         struct zoneref *zonerefs;
6239         int nr_zones;
6240
6241         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6242         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6243         zonerefs += nr_zones;
6244         zonerefs->zone = NULL;
6245         zonerefs->zone_idx = 0;
6246 }
6247
6248 /*
6249  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6250  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6251  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6252  * may still exist in local DMA zone.
6253  */
6254
6255 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6256 {
6257         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6258         int node, load, nr_nodes = 0;
6259         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6260         int local_node, prev_node;
6261
6262         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6263         local_node = pgdat->node_id;
6264         load = nr_online_nodes;
6265         prev_node = local_node;
6266
6267         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6268         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6269                 /*
6270                  * We don't want to pressure a particular node.
6271                  * So adding penalty to the first node in same
6272                  * distance group to make it round-robin.
6273                  */
6274                 if (node_distance(local_node, node) !=
6275                     node_distance(local_node, prev_node))
6276                         node_load[node] = load;
6277
6278                 node_order[nr_nodes++] = node;
6279                 prev_node = node;
6280                 load--;
6281         }
6282
6283         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6284         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6285 }
6286
6287 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6288 /*
6289  * Return node id of node used for "local" allocations.
6290  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6291  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6292  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6293  */
6294 int local_memory_node(int node)
6295 {
6296         struct zoneref *z;
6297
6298         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6299                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6300                                    NULL);
6301         return zone_to_nid(z->zone);
6302 }
6303 #endif
6304
6305 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6306 static void setup_min_slab_ratio(void);
6307 #else   /* CONFIG_NUMA */
6308
6309 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6310 {
6311         int node, local_node;
6312         struct zoneref *zonerefs;
6313         int nr_zones;
6314
6315         local_node = pgdat->node_id;
6316
6317         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6318         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6319         zonerefs += nr_zones;
6320
6321         /*
6322          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6323          * of all the other nodes.
6324          * We don't want to pressure a particular node, so when
6325          * building the zones for node N, we make sure that the
6326          * zones coming right after the local ones are those from
6327          * node N+1 (modulo N)
6328          */
6329         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6330                 if (!node_online(node))
6331                         continue;
6332                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6333                 zonerefs += nr_zones;
6334         }
6335         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6336                 if (!node_online(node))
6337                         continue;
6338                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6339                 zonerefs += nr_zones;
6340         }
6341
6342         zonerefs->zone = NULL;
6343         zonerefs->zone_idx = 0;
6344 }
6345
6346 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6347
6348 /*
6349  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6350  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6351  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6352  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6353  * with interrupts disabled.
6354  *
6355  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6356  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6357  * hotplugged processors.
6358  *
6359  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6360  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6361  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6362  */
6363 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6364 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6365 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6366 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6367 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6368 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6369 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6370
6371 static void __build_all_zonelists(void *data)
6372 {
6373         int nid;
6374         int __maybe_unused cpu;
6375         pg_data_t *self = data;
6376         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6377
6378         spin_lock(&lock);
6379
6380 #ifdef CONFIG_NUMA
6381         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6382 #endif
6383
6384         /*
6385          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6386          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6387          */
6388         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6389                 build_zonelists(self);
6390         } else {
6391                 for_each_online_node(nid) {
6392                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6393
6394                         build_zonelists(pgdat);
6395                 }
6396
6397 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6398                 /*
6399                  * We now know the "local memory node" for each node--
6400                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6401                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6402                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6403                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6404                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6405                  */
6406                 for_each_online_cpu(cpu)
6407                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6408 #endif
6409         }
6410
6411         spin_unlock(&lock);
6412 }
6413
6414 static noinline void __init
6415 build_all_zonelists_init(void)
6416 {
6417         int cpu;
6418
6419         __build_all_zonelists(NULL);
6420
6421         /*
6422          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6423          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6424          * each zone will be allocated later when the per cpu
6425          * allocator is available.
6426          *
6427          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6428          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6429          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6430          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6431          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6432          * (a chicken-egg dilemma).
6433          */
6434         for_each_possible_cpu(cpu)
6435                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6436
6437         mminit_verify_zonelist();
6438         cpuset_init_current_mems_allowed();
6439 }
6440
6441 /*
6442  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6443  *
6444  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6445  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6446  */
6447 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6448 {
6449         unsigned long vm_total_pages;
6450
6451         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6452                 build_all_zonelists_init();
6453         } else {
6454                 __build_all_zonelists(pgdat);
6455                 /* cpuset refresh routine should be here */
6456         }
6457         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6458         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6459         /*
6460          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6461          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6462          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6463          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6464          * disabled and enable it later
6465          */
6466         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6467                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6468         else
6469                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6470
6471         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6472                 nr_online_nodes,
6473                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6474                 vm_total_pages);
6475 #ifdef CONFIG_NUMA
6476         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6477 #endif
6478 }
6479
6480 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6481 static bool __meminit
6482 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6483 {
6484         static struct memblock_region *r;
6485
6486         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6487                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6488                         for_each_mem_region(r) {
6489                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6490                                         break;
6491                         }
6492                 }
6493                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6494                     memblock_is_mirror(r)) {
6495                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6496                         return true;
6497                 }
6498         }
6499         return false;
6500 }
6501
6502 /*
6503  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6504  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6505  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6506  *
6507  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6508  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6509  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6510  */
6511 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6512                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6513                 enum meminit_context context,
6514                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6515 {
6516         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6517         struct page *page;
6518
6519         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6520                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6521
6522 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6523         /*
6524          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6525          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6526          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6527          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6528          * the hotplug lock.
6529          */
6530         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6531                 if (!altmap)
6532                         return;
6533
6534                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6535                         start_pfn += altmap->reserve;
6536                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6537         }
6538 #endif
6539
6540         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6541                 /*
6542                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6543                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6544                  */
6545                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6546                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6547                                 continue;
6548                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6549                                 break;
6550                 }
6551
6552                 page = pfn_to_page(pfn);
6553                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6554                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6555                         __SetPageReserved(page);
6556
6557                 /*
6558                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6559                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6560                  * over the place during system boot.
6561                  */
6562                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6563                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6564                         cond_resched();
6565                 }
6566                 pfn++;
6567         }
6568 }
6569
6570 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6571 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6572                                    unsigned long start_pfn,
6573                                    unsigned long nr_pages,
6574                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6575 {
6576         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6577         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6578         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6579         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6580         unsigned long start = jiffies;
6581         int nid = pgdat->node_id;
6582
6583         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6584                 return;
6585
6586         /*
6587          * The call to memmap_init should have already taken care
6588          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6589          * the end of that region and start processing the device pages.
6590          */
6591         if (altmap) {
6592                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6593                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6594         }
6595
6596         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6597                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6598
6599                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6600
6601                 /*
6602                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6603                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6604                  *
6605                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6606                  * the flag as we are still initializing the pages.
6607                  */
6608                 __SetPageReserved(page);
6609
6610                 /*
6611                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6612                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6613                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6614                  */
6615                 page->pgmap = pgmap;
6616                 page->zone_device_data = NULL;
6617
6618                 /*
6619                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6620                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6621                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6622                  * the address space during boot when many long-lived
6623                  * kernel allocations are made.
6624                  *
6625                  * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6626                  * because this is done early in section_activate()
6627                  */
6628                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6629                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6630                         cond_resched();
6631                 }
6632         }
6633
6634         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6635                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6636 }
6637
6638 #endif
6639 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6640 {
6641         unsigned int order, t;
6642         for_each_migratetype_order(order, t) {
6643                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6644                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6645         }
6646 }
6647
6648 /*
6649  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6650  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6651  * memmap_init_zone_range().
6652  *
6653  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6654  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6655  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6656  *   arbitrary section size
6657  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6658  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6659  *   nicely with memmap sections
6660  *
6661  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6662  * - PG_Reserved is set
6663  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6664  *   hole is in the middle of a zone
6665  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6666  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6667  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6668  *   section that will be appended to the zone/node below.
6669  */
6670 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6671                                           unsigned long epfn,
6672                                           int zone, int node)
6673 {
6674         unsigned long pfn;
6675         u64 pgcnt = 0;
6676
6677         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6678                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6679                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6680                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6681                         continue;
6682                 }
6683                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6684                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6685                 pgcnt++;
6686         }
6687
6688         if (pgcnt)
6689                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6690                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6691 }
6692
6693 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6694                                           unsigned long start_pfn,
6695                                           unsigned long end_pfn,
6696                                           unsigned long *hole_pfn)
6697 {
6698         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6699         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6700         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6701
6702         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6703         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6704
6705         if (start_pfn >= end_pfn)
6706                 return;
6707
6708         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6709                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6710
6711         if (*hole_pfn < start_pfn)
6712                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6713
6714         *hole_pfn = end_pfn;
6715 }
6716
6717 static void __init memmap_init(void)
6718 {
6719         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6720         unsigned long hole_pfn = 0;
6721         int i, j, zone_id = 0, nid;
6722
6723         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6724                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6725
6726                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6727                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6728
6729                         if (!populated_zone(zone))
6730                                 continue;
6731
6732                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6733                                                &hole_pfn);
6734                         zone_id = j;
6735                 }
6736         }
6737
6738 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6739         /*
6740          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6741          * section_end].
6742          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6743          * node.
6744          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6745          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6746          * for FLATMEM it is a nop anyway
6747          */
6748         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6749         if (hole_pfn < end_pfn)
6750 #endif
6751                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
6752 }
6753
6754 void __init *memmap_alloc(phys_addr_t size, phys_addr_t align,
6755                           phys_addr_t min_addr, int nid, bool exact_nid)
6756 {
6757         void *ptr;
6758
6759         if (exact_nid)
6760                 ptr = memblock_alloc_exact_nid_raw(size, align, min_addr,
6761                                                    MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6762                                                    nid);
6763         else
6764                 ptr = memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, min_addr,
6765                                                  MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6766                                                  nid);
6767
6768         if (ptr && size > 0)
6769                 page_init_poison(ptr, size);
6770
6771         return ptr;
6772 }
6773
6774 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6775 {
6776 #ifdef CONFIG_MMU
6777         int batch;
6778
6779         /*
6780          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
6781          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
6782          * size is striking a balance between allocation latency
6783          * and zone lock contention.
6784          */
6785         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, (1024 * 1024) / PAGE_SIZE);
6786         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6787         if (batch < 1)
6788                 batch = 1;
6789
6790         /*
6791          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6792          * of 2 value was found to be more likely to have
6793          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6794          *
6795          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6796          * batches of pages, one task can end up with a lot
6797          * of pages of one half of the possible page colors
6798          * and the other with pages of the other colors.
6799          */
6800         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6801
6802         return batch;
6803
6804 #else
6805         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6806          * conditions.
6807          *
6808          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6809          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6810          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6811          *
6812          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6813          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6814          * can be a significant delay between the individual batches being
6815          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6816          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6817          */
6818         return 0;
6819 #endif
6820 }
6821
6822 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
6823 {
6824 #ifdef CONFIG_MMU
6825         int high;
6826         int nr_split_cpus;
6827         unsigned long total_pages;
6828
6829         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
6830                 /*
6831                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
6832                  * low watermark so that if they are full then background
6833                  * reclaim will not be started prematurely.
6834                  */
6835                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
6836         } else {
6837                 /*
6838                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
6839                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
6840                  * zone.
6841                  */
6842                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
6843         }
6844
6845         /*
6846          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
6847          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
6848          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
6849          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
6850          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
6851          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
6852          */
6853         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
6854         if (!nr_split_cpus)
6855                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
6856         high = total_pages / nr_split_cpus;
6857
6858         /*
6859          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
6860          * historical relationship between high and batch.
6861          */
6862         high = max(high, batch << 2);
6863
6864         return high;
6865 #else
6866         return 0;
6867 #endif
6868 }
6869
6870 /*
6871  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6872  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6873  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6874  *
6875  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6876  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6877  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6878  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6879  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6880  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6881  *
6882  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6883  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6884  * exist).
6885  */
6886 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6887                 unsigned long batch)
6888 {
6889         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6890         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6891 }
6892
6893 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
6894 {
6895         int pindex;
6896
6897         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
6898         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
6899
6900         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
6901                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
6902
6903         /*
6904          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6905          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6906          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6907          * pageset yet.
6908          */
6909         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6910         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6911         pcp->free_factor = 0;
6912 }
6913
6914 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6915                 unsigned long batch)
6916 {
6917         struct per_cpu_pages *pcp;
6918         int cpu;
6919
6920         for_each_possible_cpu(cpu) {
6921                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6922                 pageset_update(pcp, high, batch);
6923         }
6924 }
6925
6926 /*
6927  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6928  * zone based on the zone's size.
6929  */
6930 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
6931 {
6932         int new_high, new_batch;
6933
6934         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
6935         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
6936
6937         if (zone->pageset_high == new_high &&
6938             zone->pageset_batch == new_batch)
6939                 return;
6940
6941         zone->pageset_high = new_high;
6942         zone->pageset_batch = new_batch;
6943
6944         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
6945 }
6946
6947 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6948 {
6949         int cpu;
6950
6951         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
6952         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
6953                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
6954
6955         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
6956         for_each_possible_cpu(cpu) {
6957                 struct per_cpu_pages *pcp;
6958                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6959
6960                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6961                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6962                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
6963         }
6964
6965         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6966 }
6967
6968 /*
6969  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6970  * Before this call only boot pagesets were available.
6971  */
6972 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6973 {
6974         struct pglist_data *pgdat;
6975         struct zone *zone;
6976         int __maybe_unused cpu;
6977
6978         for_each_populated_zone(zone)
6979                 setup_zone_pageset(zone);
6980
6981 #ifdef CONFIG_NUMA
6982         /*
6983          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6984          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6985          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6986          * the nodes these zones are associated with.
6987          */
6988         for_each_possible_cpu(cpu) {
6989                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
6990                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
6991                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
6992         }
6993 #endif
6994
6995         for_each_online_pgdat(pgdat)
6996                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6997                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6998 }
6999
7000 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
7001 {
7002         /*
7003          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
7004          * relies on the ability of the linker to provide the
7005          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
7006          */
7007         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
7008         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
7009         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7010         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7011
7012         if (populated_zone(zone))
7013                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
7014                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
7015 }
7016
7017 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
7018                                         unsigned long zone_start_pfn,
7019                                         unsigned long size)
7020 {
7021         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
7022         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
7023
7024         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
7025                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
7026
7027         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7028
7029         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
7030                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
7031                         pgdat->node_id,
7032                         (unsigned long)zone_idx(zone),
7033                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7034
7035         zone_init_free_lists(zone);
7036         zone->initialized = 1;
7037 }
7038
7039 /**
7040  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7041  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7042  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7043  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7044  *
7045  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7046  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7047  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7048  * PFNs will be 0.
7049  */
7050 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7051                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7052 {
7053         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7054         int i;
7055
7056         *start_pfn = -1UL;
7057         *end_pfn = 0;
7058
7059         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7060                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7061                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7062         }
7063
7064         if (*start_pfn == -1UL)
7065                 *start_pfn = 0;
7066 }
7067
7068 /*
7069  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7070  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7071  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7072  */
7073 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7074 {
7075         int zone_index;
7076         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7077                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7078                         continue;
7079
7080                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7081                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7082                         break;
7083         }
7084
7085         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7086         movable_zone = zone_index;
7087 }
7088
7089 /*
7090  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7091  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7092  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7093  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7094  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7095  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7096  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7097  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7098  */
7099 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7100                                         unsigned long zone_type,
7101                                         unsigned long node_start_pfn,
7102                                         unsigned long node_end_pfn,
7103                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7104                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7105 {
7106         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7107         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7108                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7109                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7110                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7111                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7112                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7113
7114                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7115                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7116                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7117                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7118                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7119
7120                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7121                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7122                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7123         }
7124 }
7125
7126 /*
7127  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7128  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7129  */
7130 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7131                                         unsigned long zone_type,
7132                                         unsigned long node_start_pfn,
7133                                         unsigned long node_end_pfn,
7134                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7135                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7136 {
7137         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7138         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7139         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7140         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7141                 return 0;
7142
7143         /* Get the start and end of the zone */
7144         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7145         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7146         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7147                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7148                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7149
7150         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7151         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7152                 return 0;
7153
7154         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7155         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7156         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7157
7158         /* Return the spanned pages */
7159         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7160 }
7161
7162 /*
7163  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7164  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7165  */
7166 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7167                                 unsigned long range_start_pfn,
7168                                 unsigned long range_end_pfn)
7169 {
7170         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7171         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7172         int i;
7173
7174         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7175                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7176                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7177                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7178         }
7179         return nr_absent;
7180 }
7181
7182 /**
7183  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7184  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7185  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7186  *
7187  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7188  */
7189 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7190                                                         unsigned long end_pfn)
7191 {
7192         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7193 }
7194
7195 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7196 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7197                                         unsigned long zone_type,
7198                                         unsigned long node_start_pfn,
7199                                         unsigned long node_end_pfn)
7200 {
7201         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7202         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7203         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7204         unsigned long nr_absent;
7205
7206         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7207         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7208                 return 0;
7209
7210         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7211         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7212
7213         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7214                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7215                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7216         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7217
7218         /*
7219          * ZONE_MOVABLE handling.
7220          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7221          * and vice versa.
7222          */
7223         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7224                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7225                 struct memblock_region *r;
7226
7227                 for_each_mem_region(r) {
7228                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7229                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7230                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7231                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7232
7233                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7234                             memblock_is_mirror(r))
7235                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7236
7237                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7238                             !memblock_is_mirror(r))
7239                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7240                 }
7241         }
7242
7243         return nr_absent;
7244 }
7245
7246 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7247                                                 unsigned long node_start_pfn,
7248                                                 unsigned long node_end_pfn)
7249 {
7250         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7251         enum zone_type i;
7252
7253         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7254                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7255                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7256                 unsigned long spanned, absent;
7257                 unsigned long size, real_size;
7258
7259                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7260                                                      node_start_pfn,
7261                                                      node_end_pfn,
7262                                                      &zone_start_pfn,
7263                                                      &zone_end_pfn);
7264                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7265                                                    node_start_pfn,
7266                                                    node_end_pfn);
7267
7268                 size = spanned;
7269                 real_size = size - absent;
7270
7271                 if (size)
7272                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7273                 else
7274                         zone->zone_start_pfn = 0;
7275                 zone->spanned_pages = size;
7276                 zone->present_pages = real_size;
7277 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
7278                 zone->present_early_pages = real_size;
7279 #endif
7280
7281                 totalpages += size;
7282                 realtotalpages += real_size;
7283         }
7284
7285         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7286         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7287         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7288 }
7289
7290 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7291 /*
7292  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7293  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7294  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7295  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7296  * bytes.
7297  */
7298 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7299 {
7300         unsigned long usemapsize;
7301
7302         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7303         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7304         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7305         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7306         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7307
7308         return usemapsize / 8;
7309 }
7310
7311 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7312 {
7313         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7314                                                zone->spanned_pages);
7315         zone->pageblock_flags = NULL;
7316         if (usemapsize) {
7317                 zone->pageblock_flags =
7318                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7319                                             zone_to_nid(zone));
7320                 if (!zone->pageblock_flags)
7321                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7322                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7323         }
7324 }
7325 #else
7326 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7327 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7328
7329 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7330
7331 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7332 void __init set_pageblock_order(void)
7333 {
7334         unsigned int order;
7335
7336         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7337         if (pageblock_order)
7338                 return;
7339
7340         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
7341                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7342         else
7343                 order = MAX_ORDER - 1;
7344
7345         /*
7346          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7347          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7348          * powerpc.
7349          */
7350         pageblock_order = order;
7351 }
7352 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7353
7354 /*
7355  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7356  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7357  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7358  * the kernel config
7359  */
7360 void __init set_pageblock_order(void)
7361 {
7362 }
7363
7364 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7365
7366 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7367                                                 unsigned long present_pages)
7368 {
7369         unsigned long pages = spanned_pages;
7370
7371         /*
7372          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7373          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7374          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7375          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7376          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7377          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7378          */
7379         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7380             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7381                 pages = present_pages;
7382
7383         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7384 }
7385
7386 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7387 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7388 {
7389         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7390
7391         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7392         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7393         ds_queue->split_queue_len = 0;
7394 }
7395 #else
7396 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7397 #endif
7398
7399 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7400 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7401 {
7402         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7403 }
7404 #else
7405 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7406 #endif
7407
7408 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7409 {
7410         pgdat_resize_init(pgdat);
7411
7412         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7413         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7414
7415         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7416         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7417
7418         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7419         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7420 }
7421
7422 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7423                                                         unsigned long remaining_pages)
7424 {
7425         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7426         zone_set_nid(zone, nid);
7427         zone->name = zone_names[idx];
7428         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7429         spin_lock_init(&zone->lock);
7430         zone_seqlock_init(zone);
7431         zone_pcp_init(zone);
7432 }
7433
7434 /*
7435  * Set up the zone data structures
7436  * - init pgdat internals
7437  * - init all zones belonging to this node
7438  *
7439  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7440  */
7441 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7442 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
7443 {
7444         enum zone_type z;
7445         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7446
7447         pgdat_init_internals(pgdat);
7448         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7449                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7450 }
7451 #endif
7452
7453 /*
7454  * Set up the zone data structures:
7455  *   - mark all pages reserved
7456  *   - mark all memory queues empty
7457  *   - clear the memory bitmaps
7458  *
7459  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7460  * NOTE: this function is only called during early init.
7461  */
7462 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7463 {
7464         enum zone_type j;
7465         int nid = pgdat->node_id;
7466
7467         pgdat_init_internals(pgdat);
7468         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7469
7470         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7471                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7472                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7473
7474                 size = zone->spanned_pages;
7475                 freesize = zone->present_pages;
7476
7477                 /*
7478                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7479                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7480                  * and per-cpu initialisations
7481                  */
7482                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7483                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7484                         if (freesize >= memmap_pages) {
7485                                 freesize -= memmap_pages;
7486                                 if (memmap_pages)
7487                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7488                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7489                         } else
7490                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7491                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7492                 }
7493
7494                 /* Account for reserved pages */
7495                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7496                         freesize -= dma_reserve;
7497                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7498                 }
7499
7500                 if (!is_highmem_idx(j))
7501                         nr_kernel_pages += freesize;
7502                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7503                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7504                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7505                 nr_all_pages += freesize;
7506
7507                 /*
7508                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7509                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7510                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7511                  */
7512                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7513
7514                 if (!size)
7515                         continue;
7516
7517                 set_pageblock_order();
7518                 setup_usemap(zone);
7519                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7520         }
7521 }
7522
7523 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7524 static void __init alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7525 {
7526         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7527         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7528
7529         /* Skip empty nodes */
7530         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7531                 return;
7532
7533         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7534         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7535         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7536         if (!pgdat->node_mem_map) {
7537                 unsigned long size, end;
7538                 struct page *map;
7539
7540                 /*
7541                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7542                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7543                  * for the buddy allocator to function correctly.
7544                  */
7545                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7546                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7547                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7548                 map = memmap_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES, MEMBLOCK_LOW_LIMIT,
7549                                    pgdat->node_id, false);
7550                 if (!map)
7551                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7552                               size, pgdat->node_id);
7553                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7554         }
7555         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7556                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7557                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7558 #ifndef CONFIG_NUMA
7559         /*
7560          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7561          */
7562         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7563                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7564                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7565                         mem_map -= offset;
7566         }
7567 #endif
7568 }
7569 #else
7570 static inline void alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7571 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7572
7573 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7574 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7575 {
7576         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7577 }
7578 #else
7579 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7580 #endif
7581
7582 static void __init free_area_init_node(int nid)
7583 {
7584         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7585         unsigned long start_pfn = 0;
7586         unsigned long end_pfn = 0;
7587
7588         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7589         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7590
7591         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7592
7593         pgdat->node_id = nid;
7594         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7595         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7596
7597         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7598                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7599                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7600         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7601
7602         alloc_node_mem_map(pgdat);
7603         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7604
7605         free_area_init_core(pgdat);
7606 }
7607
7608 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7609 {
7610         free_area_init_node(nid);
7611 }
7612
7613 #if MAX_NUMNODES > 1
7614 /*
7615  * Figure out the number of possible node ids.
7616  */
7617 void __init setup_nr_node_ids(void)
7618 {
7619         unsigned int highest;
7620
7621         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7622         nr_node_ids = highest + 1;
7623 }
7624 #endif
7625
7626 /**
7627  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7628  *
7629  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7630  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7631  * all the nodes.
7632  *
7633  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7634  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7635  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7636  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7637  *
7638  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7639  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7640  * populated node map.
7641  *
7642  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7643  * requirement (single node).
7644  */
7645 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7646 {
7647         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7648         unsigned long start, end, mask;
7649         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7650         int i, nid;
7651
7652         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7653                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7654                         last_nid = nid;
7655                         last_end = end;
7656                         continue;
7657                 }
7658
7659                 /*
7660                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7661                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7662                  * too coarse to separate the current node from the last.
7663                  */
7664                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7665                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7666                         mask <<= 1;
7667
7668                 /* accumulate all internode masks */
7669                 accl_mask |= mask;
7670         }
7671
7672         /* convert mask to number of pages */
7673         return ~accl_mask + 1;
7674 }
7675
7676 /**
7677  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7678  *
7679  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7680  * memblock_set_node().
7681  */
7682 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7683 {
7684         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7685 }
7686
7687 /*
7688  * early_calculate_totalpages()
7689  * Sum pages in active regions for movable zone.
7690  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7691  */
7692 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7693 {
7694         unsigned long totalpages = 0;
7695         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7696         int i, nid;
7697
7698         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7699                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7700
7701                 totalpages += pages;
7702                 if (pages)
7703                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7704         }
7705         return totalpages;
7706 }
7707
7708 /*
7709  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7710  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7711  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7712  * others
7713  */
7714 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7715 {
7716         int i, nid;
7717         unsigned long usable_startpfn;
7718         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7719         /* save the state before borrow the nodemask */
7720         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7721         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7722         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7723         struct memblock_region *r;
7724
7725         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7726         find_usable_zone_for_movable();
7727
7728         /*
7729          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7730          * options.
7731          */
7732         if (movable_node_is_enabled()) {
7733                 for_each_mem_region(r) {
7734                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7735                                 continue;
7736
7737                         nid = memblock_get_region_node(r);
7738
7739                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7740                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7741                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7742                                 usable_startpfn;
7743                 }
7744
7745                 goto out2;
7746         }
7747
7748         /*
7749          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7750          */
7751         if (mirrored_kernelcore) {
7752                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7753
7754                 for_each_mem_region(r) {
7755                         if (memblock_is_mirror(r))
7756                                 continue;
7757
7758                         nid = memblock_get_region_node(r);
7759
7760                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7761
7762                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7763                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7764                                 continue;
7765                         }
7766
7767                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7768                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7769                                 usable_startpfn;
7770                 }
7771
7772                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7773                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7774
7775                 goto out2;
7776         }
7777
7778         /*
7779          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7780          * amount of necessary memory.
7781          */
7782         if (required_kernelcore_percent)
7783                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7784                                        10000UL;
7785         if (required_movablecore_percent)
7786                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7787                                         10000UL;
7788
7789         /*
7790          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7791          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7792          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7793          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7794          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7795          * what movablecore would have allowed.
7796          */
7797         if (required_movablecore) {
7798                 unsigned long corepages;
7799
7800                 /*
7801                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7802                  * was requested by the user
7803                  */
7804                 required_movablecore =
7805                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7806                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7807                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7808
7809                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7810         }
7811
7812         /*
7813          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7814          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7815          */
7816         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7817                 goto out;
7818
7819         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7820         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7821
7822 restart:
7823         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7824         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7825         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7826                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7827
7828                 /*
7829                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7830                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7831                  * amount of memory for the kernel
7832                  */
7833                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7834                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7835
7836                 /*
7837                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7838                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7839                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7840                  */
7841                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7842
7843                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7844                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7845                         unsigned long size_pages;
7846
7847                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7848                         if (start_pfn >= end_pfn)
7849                                 continue;
7850
7851                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7852                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7853                                 unsigned long kernel_pages;
7854                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7855                                                                 - start_pfn;
7856
7857                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7858                                                         kernelcore_remaining);
7859                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7860                                                         required_kernelcore);
7861
7862                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7863                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7864
7865                                         /*
7866                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7867                                          * that if we have to rebalance
7868                                          * kernelcore across nodes, we will
7869                                          * not double account here
7870                                          */
7871                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7872                                         continue;
7873                                 }
7874                                 start_pfn = usable_startpfn;
7875                         }
7876
7877                         /*
7878                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7879                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7880                          * number of pages used as kernelcore
7881                          */
7882                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7883                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7884                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7885                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7886
7887                         /*
7888                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7889                          * break if the kernelcore for this node has been
7890                          * satisfied
7891                          */
7892                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7893                                                                 size_pages);
7894                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7895                         if (!kernelcore_remaining)
7896                                 break;
7897                 }
7898         }
7899
7900         /*
7901          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7902          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7903          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7904          * satisfied
7905          */
7906         usable_nodes--;
7907         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7908                 goto restart;
7909
7910 out2:
7911         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7912         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7913                 zone_movable_pfn[nid] =
7914                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7915
7916 out:
7917         /* restore the node_state */
7918         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7919 }
7920
7921 /* Any regular or high memory on that node ? */
7922 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7923 {
7924         enum zone_type zone_type;
7925
7926         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7927                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7928                 if (populated_zone(zone)) {
7929                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7930                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7931                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7932                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7933                         break;
7934                 }
7935         }
7936 }
7937
7938 /*
7939  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7940  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7941  */
7942 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7943 {
7944         return false;
7945 }
7946
7947 /**
7948  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7949  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7950  *
7951  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7952  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7953  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7954  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7955  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7956  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7957  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7958  * at arch_max_dma_pfn.
7959  */
7960 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7961 {
7962         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7963         int i, nid, zone;
7964         bool descending;
7965
7966         /* Record where the zone boundaries are */
7967         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7968                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7969         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7970                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7971
7972         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7973         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7974
7975         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7976                 if (descending)
7977                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7978                 else
7979                         zone = i;
7980
7981                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7982                         continue;
7983
7984                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7985                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7986                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7987
7988                 start_pfn = end_pfn;
7989         }
7990
7991         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7992         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7993         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7994
7995         /* Print out the zone ranges */
7996         pr_info("Zone ranges:\n");
7997         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7998                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7999                         continue;
8000                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
8001                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
8002                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
8003                         pr_cont("empty\n");
8004                 else
8005                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
8006                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
8007                                         << PAGE_SHIFT,
8008                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
8009                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
8010         }
8011
8012         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8013         pr_info("Movable zone start for each node\n");
8014         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
8015                 if (zone_movable_pfn[i])
8016                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
8017                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
8018         }
8019
8020         /*
8021          * Print out the early node map, and initialize the
8022          * subsection-map relative to active online memory ranges to
8023          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
8024          */
8025         pr_info("Early memory node ranges\n");
8026         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8027                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
8028                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
8029                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
8030                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
8031         }
8032
8033         /* Initialise every node */
8034         mminit_verify_pageflags_layout();
8035         setup_nr_node_ids();
8036         for_each_online_node(nid) {
8037                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
8038                 free_area_init_node(nid);
8039
8040                 /* Any memory on that node */
8041                 if (pgdat->node_present_pages)
8042                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8043                 check_for_memory(pgdat, nid);
8044         }
8045
8046         memmap_init();
8047 }
8048
8049 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8050                                      unsigned long *percent)
8051 {
8052         unsigned long long coremem;
8053         char *endptr;
8054
8055         if (!p)
8056                 return -EINVAL;
8057
8058         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8059         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8060         if (*endptr == '%') {
8061                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8062                 WARN_ON(coremem > 100);
8063
8064                 *percent = coremem;
8065         } else {
8066                 coremem = memparse(p, &p);
8067                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8068                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8069
8070                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8071                 *percent = 0UL;
8072         }
8073         return 0;
8074 }
8075
8076 /*
8077  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8078  * cannot be reclaimed or migrated.
8079  */
8080 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8081 {
8082         /* parse kernelcore=mirror */
8083         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8084                 mirrored_kernelcore = true;
8085                 return 0;
8086         }
8087
8088         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8089                                   &required_kernelcore_percent);
8090 }
8091
8092 /*
8093  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8094  * can be reclaimed or migrated.
8095  */
8096 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8097 {
8098         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8099                                   &required_movablecore_percent);
8100 }
8101
8102 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8103 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8104
8105 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8106 {
8107         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8108         totalram_pages_add(count);
8109 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8110         if (PageHighMem(page))
8111                 totalhigh_pages_add(count);
8112 #endif
8113 }
8114 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8115
8116 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8117 {
8118         void *pos;
8119         unsigned long pages = 0;
8120
8121         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8122         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8123         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8124                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8125                 void *direct_map_addr;
8126
8127                 /*
8128                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8129                  * because some architectures' virt_to_page()
8130                  * work with aliases.  Getting the direct map
8131                  * address ensures that we get a _writeable_
8132                  * alias for the memset().
8133                  */
8134                 direct_map_addr = page_address(page);
8135                 /*
8136                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8137                  * has not been initialized.
8138                  */
8139                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8140                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8141                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8142
8143                 free_reserved_page(page);
8144         }
8145
8146         if (pages && s)
8147                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
8148                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
8149
8150         return pages;
8151 }
8152
8153 void __init mem_init_print_info(void)
8154 {
8155         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8156         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8157
8158         physpages = get_num_physpages();
8159         codesize = _etext - _stext;
8160         datasize = _edata - _sdata;
8161         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8162         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8163         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8164         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8165
8166         /*
8167          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8168          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8169          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8170          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8171          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8172          */
8173 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8174         do { \
8175                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
8176                         size -= adj; \
8177         } while (0)
8178
8179         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8180                      _sinittext, init_code_size);
8181         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8182         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8183         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8184         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8185
8186 #undef  adj_init_size
8187
8188         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8189 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8190                 ", %luK highmem"
8191 #endif
8192                 ")\n",
8193                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
8194                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
8195                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
8196                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
8197                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
8198                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10)
8199 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8200                 , totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10)
8201 #endif
8202                 );
8203 }
8204
8205 /**
8206  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8207  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8208  *
8209  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8210  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8211  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8212  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8213  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8214  * smaller per-cpu batchsize.
8215  */
8216 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8217 {
8218         dma_reserve = new_dma_reserve;
8219 }
8220
8221 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8222 {
8223         struct zone *zone;
8224
8225         lru_add_drain_cpu(cpu);
8226         drain_pages(cpu);
8227
8228         /*
8229          * Spill the event counters of the dead processor
8230          * into the current processors event counters.
8231          * This artificially elevates the count of the current
8232          * processor.
8233          */
8234         vm_events_fold_cpu(cpu);
8235
8236         /*
8237          * Zero the differential counters of the dead processor
8238          * so that the vm statistics are consistent.
8239          *
8240          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8241          * race with what we are doing.
8242          */
8243         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8244
8245         for_each_populated_zone(zone)
8246                 zone_pcp_update(zone, 0);
8247
8248         return 0;
8249 }
8250
8251 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8252 {
8253         struct zone *zone;
8254
8255         for_each_populated_zone(zone)
8256                 zone_pcp_update(zone, 1);
8257         return 0;
8258 }
8259
8260 #ifdef CONFIG_NUMA
8261 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8262
8263 static int __init set_hashdist(char *str)
8264 {
8265         if (!str)
8266                 return 0;
8267         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8268         return 1;
8269 }
8270 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8271 #endif
8272
8273 void __init page_alloc_init(void)
8274 {
8275         int ret;
8276
8277 #ifdef CONFIG_NUMA
8278         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8279                 hashdist = 0;
8280 #endif
8281
8282         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8283                                         "mm/page_alloc:pcp",
8284                                         page_alloc_cpu_online,
8285                                         page_alloc_cpu_dead);
8286         WARN_ON(ret < 0);
8287 }
8288
8289 /*
8290  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8291  *      or min_free_kbytes changes.
8292  */
8293 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8294 {
8295         struct pglist_data *pgdat;
8296         unsigned long reserve_pages = 0;
8297         enum zone_type i, j;
8298
8299         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8300
8301                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8302
8303                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8304                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8305                         long max = 0;
8306                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8307
8308                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8309                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8310                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8311                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8312                         }
8313
8314                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8315                         max += high_wmark_pages(zone);
8316
8317                         if (max > managed_pages)
8318                                 max = managed_pages;
8319
8320                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8321
8322                         reserve_pages += max;
8323                 }
8324         }
8325         totalreserve_pages = reserve_pages;
8326 }
8327
8328 /*
8329  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8330  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8331  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8332  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8333  */
8334 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8335 {
8336         struct pglist_data *pgdat;
8337         enum zone_type i, j;
8338
8339         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8340                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8341                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8342                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8343                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8344                         unsigned long managed_pages = 0;
8345
8346                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8347                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8348
8349                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8350
8351                                 if (clear)
8352                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8353                                 else
8354                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8355                         }
8356                 }
8357         }
8358
8359         /* update totalreserve_pages */
8360         calculate_totalreserve_pages();
8361 }
8362
8363 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8364 {
8365         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8366         unsigned long lowmem_pages = 0;
8367         struct zone *zone;
8368         unsigned long flags;
8369
8370         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8371         for_each_zone(zone) {
8372                 if (!is_highmem(zone))
8373                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8374         }
8375
8376         for_each_zone(zone) {
8377                 u64 tmp;
8378
8379                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8380                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8381                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8382                 if (is_highmem(zone)) {
8383                         /*
8384                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8385                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8386                          * value here.
8387                          *
8388                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8389                          * deltas control async page reclaim, and so should
8390                          * not be capped for highmem.
8391                          */
8392                         unsigned long min_pages;
8393
8394                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8395                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8396                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8397                 } else {
8398                         /*
8399                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8400                          * proportionate to the zone's size.
8401                          */
8402                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8403                 }
8404
8405                 /*
8406                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8407                  * scale factor in proportion to available memory, but
8408                  * ensure a minimum size on small systems.
8409                  */
8410                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8411                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8412                                       watermark_scale_factor, 10000));
8413
8414                 zone->watermark_boost = 0;
8415                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8416                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
8417
8418                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8419         }
8420
8421         /* update totalreserve_pages */
8422         calculate_totalreserve_pages();
8423 }
8424
8425 /**
8426  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8427  * or when memory is hot-{added|removed}
8428  *
8429  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8430  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8431  */
8432 void setup_per_zone_wmarks(void)
8433 {
8434         struct zone *zone;
8435         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8436
8437         spin_lock(&lock);
8438         __setup_per_zone_wmarks();
8439         spin_unlock(&lock);
8440
8441         /*
8442          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8443          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8444          */
8445         for_each_zone(zone)
8446                 zone_pcp_update(zone, 0);
8447 }
8448
8449 /*
8450  * Initialise min_free_kbytes.
8451  *
8452  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8453  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8454  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8455  *
8456  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8457  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8458  *
8459  * which yields
8460  *
8461  * 16MB:        512k
8462  * 32MB:        724k
8463  * 64MB:        1024k
8464  * 128MB:       1448k
8465  * 256MB:       2048k
8466  * 512MB:       2896k
8467  * 1024MB:      4096k
8468  * 2048MB:      5792k
8469  * 4096MB:      8192k
8470  * 8192MB:      11584k
8471  * 16384MB:     16384k
8472  */
8473 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8474 {
8475         unsigned long lowmem_kbytes;
8476         int new_min_free_kbytes;
8477
8478         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8479         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8480
8481         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
8482                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
8483                 if (min_free_kbytes < 128)
8484                         min_free_kbytes = 128;
8485                 if (min_free_kbytes > 262144)
8486                         min_free_kbytes = 262144;
8487         } else {
8488                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8489                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8490         }
8491         setup_per_zone_wmarks();
8492         refresh_zone_stat_thresholds();
8493         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8494
8495 #ifdef CONFIG_NUMA
8496         setup_min_unmapped_ratio();
8497         setup_min_slab_ratio();
8498 #endif
8499
8500         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8501
8502         return 0;
8503 }
8504 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8505
8506 /*
8507  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8508  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8509  *      changes.
8510  */
8511 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8512                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8513 {
8514         int rc;
8515
8516         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8517         if (rc)
8518                 return rc;
8519
8520         if (write) {
8521                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8522                 setup_per_zone_wmarks();
8523         }
8524         return 0;
8525 }
8526
8527 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8528                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8529 {
8530         int rc;
8531
8532         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8533         if (rc)
8534                 return rc;
8535
8536         if (write)
8537                 setup_per_zone_wmarks();
8538
8539         return 0;
8540 }
8541
8542 #ifdef CONFIG_NUMA
8543 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8544 {
8545         pg_data_t *pgdat;
8546         struct zone *zone;
8547
8548         for_each_online_pgdat(pgdat)
8549                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8550
8551         for_each_zone(zone)
8552                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8553                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8554 }
8555
8556
8557 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8558                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8559 {
8560         int rc;
8561
8562         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8563         if (rc)
8564                 return rc;
8565
8566         setup_min_unmapped_ratio();
8567
8568         return 0;
8569 }
8570
8571 static void setup_min_slab_ratio(void)
8572 {
8573         pg_data_t *pgdat;
8574         struct zone *zone;
8575
8576         for_each_online_pgdat(pgdat)
8577                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8578
8579         for_each_zone(zone)
8580                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8581                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8582 }
8583
8584 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8585                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8586 {
8587         int rc;
8588
8589         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8590         if (rc)
8591                 return rc;
8592
8593         setup_min_slab_ratio();
8594
8595         return 0;
8596 }
8597 #endif
8598
8599 /*
8600  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8601  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8602  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8603  *
8604  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8605  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8606  * if in function of the boot time zone sizes.
8607  */
8608 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8609                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8610 {
8611         int i;
8612
8613         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8614
8615         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8616                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8617                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8618         }
8619
8620         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8621         return 0;
8622 }
8623
8624 /*
8625  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8626  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8627  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8628  */
8629 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
8630                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8631 {
8632         struct zone *zone;
8633         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
8634         int ret;
8635
8636         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8637         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
8638
8639         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8640         if (!write || ret < 0)
8641                 goto out;
8642
8643         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8644         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
8645             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
8646                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
8647                 ret = -EINVAL;
8648                 goto out;
8649         }
8650
8651         /* No change? */
8652         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
8653                 goto out;
8654
8655         for_each_populated_zone(zone)
8656                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
8657 out:
8658         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8659         return ret;
8660 }
8661
8662 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8663 /*
8664  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8665  * is not known to alloc_large_system_hash().
8666  */
8667 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8668 {
8669         return 0;
8670 }
8671 #endif
8672
8673 /*
8674  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8675  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8676  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8677  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8678  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8679  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8680  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8681  */
8682 #if __BITS_PER_LONG > 32
8683 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8684 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8685 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8686 #endif
8687
8688 /*
8689  * allocate a large system hash table from bootmem
8690  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8691  *   quantity of entries
8692  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8693  */
8694 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8695                                      unsigned long bucketsize,
8696                                      unsigned long numentries,
8697                                      int scale,
8698                                      int flags,
8699                                      unsigned int *_hash_shift,
8700                                      unsigned int *_hash_mask,
8701                                      unsigned long low_limit,
8702                                      unsigned long high_limit)
8703 {
8704         unsigned long long max = high_limit;
8705         unsigned long log2qty, size;
8706         void *table = NULL;
8707         gfp_t gfp_flags;
8708         bool virt;
8709         bool huge;
8710
8711         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8712         if (!numentries) {
8713                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8714                 numentries = nr_kernel_pages;
8715                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8716
8717                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8718                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8719                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8720
8721 #if __BITS_PER_LONG > 32
8722                 if (!high_limit) {
8723                         unsigned long adapt;
8724
8725                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8726                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8727                                 scale++;
8728                 }
8729 #endif
8730
8731                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8732                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8733                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8734                 else
8735                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8736
8737                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8738                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8739                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8740                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8741                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8742                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8743                                 BUG_ON(!numentries);
8744                         }
8745                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8746                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8747         }
8748         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8749
8750         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8751         if (max == 0) {
8752                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8753                 do_div(max, bucketsize);
8754         }
8755         max = min(max, 0x80000000ULL);
8756
8757         if (numentries < low_limit)
8758                 numentries = low_limit;
8759         if (numentries > max)
8760                 numentries = max;
8761
8762         log2qty = ilog2(numentries);
8763
8764         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8765         do {
8766                 virt = false;
8767                 size = bucketsize << log2qty;
8768                 if (flags & HASH_EARLY) {
8769                         if (flags & HASH_ZERO)
8770                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8771                         else
8772                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8773                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8774                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8775                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8776                         virt = true;
8777                         huge = is_vm_area_hugepages(table);
8778                 } else {
8779                         /*
8780                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8781                          * some pages at the end of hash table which
8782                          * alloc_pages_exact() automatically does
8783                          */
8784                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8785                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8786                 }
8787         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8788
8789         if (!table)
8790                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8791
8792         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8793                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8794                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
8795
8796         if (_hash_shift)
8797                 *_hash_shift = log2qty;
8798         if (_hash_mask)
8799                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8800
8801         return table;
8802 }
8803
8804 /*
8805  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8806  *
8807  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8808  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8809  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8810  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8811  *
8812  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8813  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8814  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8815  *
8816  */
8817 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8818                                  int migratetype, int flags)
8819 {
8820         unsigned long iter = 0;
8821         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8822         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8823
8824         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8825                 /*
8826                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8827                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8828                  * so consider them movable here.
8829                  */
8830                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8831                         return NULL;
8832
8833                 return page;
8834         }
8835
8836         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8837                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8838
8839                 /*
8840                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8841                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8842                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8843                  * specifying "movablecore".
8844                  */
8845                 if (PageReserved(page))
8846                         return page;
8847
8848                 /*
8849                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8850                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8851                  * is movable.
8852                  */
8853                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8854                         continue;
8855
8856                 /*
8857                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8858                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8859                  * We need not scan over tail pages because we don't
8860                  * handle each tail page individually in migration.
8861                  */
8862                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8863                         struct page *head = compound_head(page);
8864                         unsigned int skip_pages;
8865
8866                         if (PageHuge(page)) {
8867                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8868                                         return page;
8869                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8870                                 return page;
8871                         }
8872
8873                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8874                         iter += skip_pages - 1;
8875                         continue;
8876                 }
8877
8878                 /*
8879                  * We can't use page_count without pin a page
8880                  * because another CPU can free compound page.
8881                  * This check already skips compound tails of THP
8882                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8883                  */
8884                 if (!page_ref_count(page)) {
8885                         if (PageBuddy(page))
8886                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8887                         continue;
8888                 }
8889
8890                 /*
8891                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8892                  * page_count() is not 0.
8893                  */
8894                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8895                         continue;
8896
8897                 /*
8898                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8899                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8900                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8901                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8902                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8903                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8904                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8905                  * (false negatives in this function only)
8906                  */
8907                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8908                         continue;
8909
8910                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8911                         continue;
8912
8913                 /*
8914                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8915                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8916                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8917                  */
8918                 return page;
8919         }
8920         return NULL;
8921 }
8922
8923 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8924 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8925 {
8926         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8927                              pageblock_nr_pages) - 1);
8928 }
8929
8930 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8931 {
8932         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8933                                 pageblock_nr_pages));
8934 }
8935
8936 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
8937         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
8938 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
8939 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8940 {
8941         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
8942
8943         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
8944                 struct page *page;
8945
8946                 dump_stack();
8947                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
8948                         dump_page(page, "migration failure");
8949         }
8950 }
8951 #else
8952 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8953 {
8954 }
8955 #endif
8956
8957 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8958 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8959                                         unsigned long start, unsigned long end)
8960 {
8961         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8962         unsigned int nr_reclaimed;
8963         unsigned long pfn = start;
8964         unsigned int tries = 0;
8965         int ret = 0;
8966         struct migration_target_control mtc = {
8967                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
8968                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
8969         };
8970
8971         lru_cache_disable();
8972
8973         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8974                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8975                         ret = -EINTR;
8976                         break;
8977                 }
8978
8979                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8980                         cc->nr_migratepages = 0;
8981                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8982                         if (ret && ret != -EAGAIN)
8983                                 break;
8984                         pfn = cc->migrate_pfn;
8985                         tries = 0;
8986                 } else if (++tries == 5) {
8987                         ret = -EBUSY;
8988                         break;
8989                 }
8990
8991                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8992                                                         &cc->migratepages);
8993                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8994
8995                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
8996                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
8997
8998                 /*
8999                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
9000                  * to retry again over this error, so do the same here.
9001                  */
9002                 if (ret == -ENOMEM)
9003                         break;
9004         }
9005
9006         lru_cache_enable();
9007         if (ret < 0) {
9008                 if (ret == -EBUSY)
9009                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
9010                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
9011                 return ret;
9012         }
9013         return 0;
9014 }
9015
9016 /**
9017  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
9018  * @start:      start PFN to allocate
9019  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
9020  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
9021  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
9022  *                      in range must have the same migratetype and it must
9023  *                      be either of the two.
9024  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
9025  *
9026  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
9027  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
9028  *
9029  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
9030  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
9031  * be modified by others.
9032  *
9033  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9034  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9035  * need to be freed with free_contig_range().
9036  */
9037 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9038                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9039 {
9040         unsigned long outer_start, outer_end;
9041         unsigned int order;
9042         int ret = 0;
9043
9044         struct compact_control cc = {
9045                 .nr_migratepages = 0,
9046                 .order = -1,
9047                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9048                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9049                 .ignore_skip_hint = true,
9050                 .no_set_skip_hint = true,
9051                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9052                 .alloc_contig = true,
9053         };
9054         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9055
9056         /*
9057          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9058          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9059          * have different sizes, and due to the way page allocator
9060          * work, we align the range to biggest of the two pages so
9061          * that page allocator won't try to merge buddies from
9062          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
9063          * other migration type.
9064          *
9065          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9066          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9067          * we are interested in).  This will put all the pages in
9068          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9069          *
9070          * When this is done, we take the pages in range from page
9071          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9072          * page allocator will never consider using them.
9073          *
9074          * This lets us mark the pageblocks back as
9075          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9076          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9077          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9078          */
9079
9080         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9081                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
9082         if (ret)
9083                 return ret;
9084
9085         drain_all_pages(cc.zone);
9086
9087         /*
9088          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9089          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9090          * which will report the busy page.
9091          *
9092          * It is possible that busy pages could become available before
9093          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9094          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9095          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9096          */
9097         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9098         if (ret && ret != -EBUSY)
9099                 goto done;
9100         ret = 0;
9101
9102         /*
9103          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
9104          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9105          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9106          * What we are going to do is to allocate all pages from
9107          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9108          *
9109          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9110          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9111          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9112          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9113          * once this is done free the pages we are not interested in.
9114          *
9115          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9116          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9117          */
9118
9119         order = 0;
9120         outer_start = start;
9121         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9122                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9123                         outer_start = start;
9124                         break;
9125                 }
9126                 outer_start &= ~0UL << order;
9127         }
9128
9129         if (outer_start != start) {
9130                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9131
9132                 /*
9133                  * outer_start page could be small order buddy page and
9134                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9135                  * in this case to report failed page properly
9136                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9137                  */
9138                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9139                         outer_start = start;
9140         }
9141
9142         /* Make sure the range is really isolated. */
9143         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9144                 ret = -EBUSY;
9145                 goto done;
9146         }
9147
9148         /* Grab isolated pages from freelists. */
9149         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9150         if (!outer_end) {
9151                 ret = -EBUSY;
9152                 goto done;
9153         }
9154
9155         /* Free head and tail (if any) */
9156         if (start != outer_start)
9157                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9158         if (end != outer_end)
9159                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9160
9161 done:
9162         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9163                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
9164         return ret;
9165 }
9166 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9167
9168 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9169                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9170 {
9171         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9172
9173         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9174                                   gfp_mask);
9175 }
9176
9177 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9178                                    unsigned long nr_pages)
9179 {
9180         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9181         struct page *page;
9182
9183         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9184                 page = pfn_to_online_page(i);
9185                 if (!page)
9186                         return false;
9187
9188                 if (page_zone(page) != z)
9189                         return false;
9190
9191                 if (PageReserved(page))
9192                         return false;
9193         }
9194         return true;
9195 }
9196
9197 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9198                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9199 {
9200         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9201
9202         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9203 }
9204
9205 /**
9206  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9207  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9208  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9209  * @nid:        Target node
9210  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9211  *
9212  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9213  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9214  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9215  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9216  *
9217  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9218  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
9219  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9220  *
9221  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9222  * __free_page() on each allocated page.
9223  *
9224  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9225  */
9226 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9227                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9228 {
9229         unsigned long ret, pfn, flags;
9230         struct zonelist *zonelist;
9231         struct zone *zone;
9232         struct zoneref *z;
9233
9234         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9235         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9236                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9237                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9238
9239                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9240                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9241                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9242                                 /*
9243                                  * We release the zone lock here because
9244                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9245                                  * at some point. If there's an allocation
9246                                  * spinning on this lock, it may win the race
9247                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9248                                  */
9249                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9250                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9251                                                         gfp_mask);
9252                                 if (!ret)
9253                                         return pfn_to_page(pfn);
9254                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9255                         }
9256                         pfn += nr_pages;
9257                 }
9258                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9259         }
9260         return NULL;
9261 }
9262 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9263
9264 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9265 {
9266         unsigned long count = 0;
9267
9268         for (; nr_pages--; pfn++) {
9269                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9270
9271                 count += page_count(page) != 1;
9272                 __free_page(page);
9273         }
9274         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9275 }
9276 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9277
9278 /*
9279  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
9280  * page high values need to be recalculated.
9281  */
9282 void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
9283 {
9284         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9285         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
9286         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9287 }
9288
9289 /*
9290  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9291  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9292  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9293  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9294  *
9295  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9296  */
9297 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9298 {
9299         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9300         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9301         __drain_all_pages(zone, true);
9302 }
9303
9304 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9305 {
9306         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9307         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9308 }
9309
9310 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9311 {
9312         int cpu;
9313         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9314
9315         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9316                 for_each_online_cpu(cpu) {
9317                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9318                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9319                 }
9320                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9321                 free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9322                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9323                 zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9324         }
9325 }
9326
9327 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9328 /*
9329  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9330  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9331  */
9332 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9333 {
9334         unsigned long pfn = start_pfn;
9335         struct page *page;
9336         struct zone *zone;
9337         unsigned int order;
9338         unsigned long flags;
9339
9340         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9341         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9342         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9343         while (pfn < end_pfn) {
9344                 page = pfn_to_page(pfn);
9345                 /*
9346                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9347                  * page_count() is not 0.
9348                  */
9349                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9350                         pfn++;
9351                         continue;
9352                 }
9353                 /*
9354                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9355                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9356                  */
9357                 if (PageOffline(page)) {
9358                         BUG_ON(page_count(page));
9359                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9360                         pfn++;
9361                         continue;
9362                 }
9363
9364                 BUG_ON(page_count(page));
9365                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9366                 order = buddy_order(page);
9367                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9368                 pfn += (1 << order);
9369         }
9370         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9371 }
9372 #endif
9373
9374 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9375 {
9376         struct zone *zone = page_zone(page);
9377         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9378         unsigned long flags;
9379         unsigned int order;
9380
9381         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9382         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9383                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9384
9385                 if (PageBuddy(page_head) && buddy_order(page_head) >= order)
9386                         break;
9387         }
9388         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9389
9390         return order < MAX_ORDER;
9391 }
9392
9393 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9394 /*
9395  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9396  * buddy allocator.
9397  */
9398 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9399                                    struct page *target, int low, int high,
9400                                    int migratetype)
9401 {
9402         unsigned long size = 1 << high;
9403         struct page *current_buddy, *next_page;
9404
9405         while (high > low) {
9406                 high--;
9407                 size >>= 1;
9408
9409                 if (target >= &page[size]) {
9410                         next_page = page + size;
9411                         current_buddy = page;
9412                 } else {
9413                         next_page = page;
9414                         current_buddy = page + size;
9415                 }
9416
9417                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9418                         continue;
9419
9420                 if (current_buddy != target) {
9421                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9422                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9423                         page = next_page;
9424                 }
9425         }
9426 }
9427
9428 /*
9429  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9430  */
9431 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9432 {
9433         struct zone *zone = page_zone(page);
9434         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9435         unsigned long flags;
9436         unsigned int order;
9437         bool ret = false;
9438
9439         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9440         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9441                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9442                 int page_order = buddy_order(page_head);
9443
9444                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9445                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9446                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9447                                                                    pfn_head);
9448
9449                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9450                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9451                                                 page_order, migratetype);
9452                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9453                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9454                         ret = true;
9455                         break;
9456                 }
9457                 if (page_count(page_head) > 0)
9458                         break;
9459         }
9460         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9461         return ret;
9462 }
9463 #endif