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