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