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