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