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