644a59d17318a47c8ef409274721e117030630c6
[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                 unsigned long bad_flags)
612 {
613         static unsigned long resume;
614         static unsigned long nr_shown;
615         static unsigned long nr_unshown;
616
617         /*
618          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
619          * or allow a steady drip of one report per second.
620          */
621         if (nr_shown == 60) {
622                 if (time_before(jiffies, resume)) {
623                         nr_unshown++;
624                         goto out;
625                 }
626                 if (nr_unshown) {
627                         pr_alert(
628                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
629                                 nr_unshown);
630                         nr_unshown = 0;
631                 }
632                 nr_shown = 0;
633         }
634         if (nr_shown++ == 0)
635                 resume = jiffies + 60 * HZ;
636
637         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
638                 current->comm, page_to_pfn(page));
639         __dump_page(page, reason);
640         bad_flags &= page->flags;
641         if (bad_flags)
642                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
643                                                 bad_flags, &bad_flags);
644         dump_page_owner(page);
645
646         print_modules();
647         dump_stack();
648 out:
649         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
650         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
651         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
652 }
653
654 /*
655  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
656  *
657  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
658  *
659  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
660  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
661  *
662  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
663  * page destructors. See compound_page_dtors.
664  *
665  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
666  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
667  */
668
669 void free_compound_page(struct page *page)
670 {
671         mem_cgroup_uncharge(page);
672         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
673 }
674
675 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
676 {
677         int i;
678         int nr_pages = 1 << order;
679
680         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
681         set_compound_order(page, order);
682         __SetPageHead(page);
683         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
684                 struct page *p = page + i;
685                 set_page_count(p, 0);
686                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
687                 set_compound_head(p, page);
688         }
689         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
690         if (hpage_pincount_available(page))
691                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
692 }
693
694 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
695 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
696
697 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
698                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
699 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
700 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
701 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
702
703 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
704
705 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
706 {
707         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
708 }
709 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
710
711 void init_debug_pagealloc(void)
712 {
713         if (!debug_pagealloc_enabled())
714                 return;
715
716         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
717
718         if (!debug_guardpage_minorder())
719                 return;
720
721         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
722 }
723
724 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
725 {
726         unsigned long res;
727
728         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
729                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
730                 return 0;
731         }
732         _debug_guardpage_minorder = res;
733         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
734         return 0;
735 }
736 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
737
738 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
739                                 unsigned int order, int migratetype)
740 {
741         if (!debug_guardpage_enabled())
742                 return false;
743
744         if (order >= debug_guardpage_minorder())
745                 return false;
746
747         __SetPageGuard(page);
748         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
749         set_page_private(page, order);
750         /* Guard pages are not available for any usage */
751         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
752
753         return true;
754 }
755
756 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
757                                 unsigned int order, int migratetype)
758 {
759         if (!debug_guardpage_enabled())
760                 return;
761
762         __ClearPageGuard(page);
763
764         set_page_private(page, 0);
765         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
766                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
767 }
768 #else
769 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
770                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
771 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
772                                 unsigned int order, int migratetype) {}
773 #endif
774
775 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
776 {
777         set_page_private(page, order);
778         __SetPageBuddy(page);
779 }
780
781 /*
782  * This function checks whether a page is free && is the buddy
783  * we can coalesce a page and its buddy if
784  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
785  * (b) the buddy is in the buddy system &&
786  * (c) a page and its buddy have the same order &&
787  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
788  *
789  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
790  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
791  *
792  * For recording page's order, we use page_private(page).
793  */
794 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
795                                                         unsigned int order)
796 {
797         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
798                 return false;
799
800         if (page_order(buddy) != order)
801                 return false;
802
803         /*
804          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
805          * zone/node ids for pages that could never merge.
806          */
807         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
808                 return false;
809
810         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
811
812         return true;
813 }
814
815 #ifdef CONFIG_COMPACTION
816 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
817 {
818         struct capture_control *capc = current->capture_control;
819
820         return capc &&
821                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
822                 !capc->page &&
823                 capc->cc->zone == zone &&
824                 capc->cc->direct_compaction ? capc : NULL;
825 }
826
827 static inline bool
828 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
829                    int order, int migratetype)
830 {
831         if (!capc || order != capc->cc->order)
832                 return false;
833
834         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
835         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
836             is_migrate_isolate(migratetype))
837                 return false;
838
839         /*
840          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
841          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
842          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
843          * have trouble finding a high-order free page.
844          */
845         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
846                 return false;
847
848         capc->page = page;
849         return true;
850 }
851
852 #else
853 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
854 {
855         return NULL;
856 }
857
858 static inline bool
859 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
860                    int order, int migratetype)
861 {
862         return false;
863 }
864 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
865
866 /* Used for pages not on another list */
867 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
868                                     unsigned int order, int migratetype)
869 {
870         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
871
872         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
873         area->nr_free++;
874 }
875
876 /* Used for pages not on another list */
877 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
878                                          unsigned int order, int migratetype)
879 {
880         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
881
882         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
883         area->nr_free++;
884 }
885
886 /* Used for pages which are on another list */
887 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
888                                      unsigned int order, int migratetype)
889 {
890         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
891
892         list_move(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
893 }
894
895 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
896                                            unsigned int order)
897 {
898         /* clear reported state and update reported page count */
899         if (page_reported(page))
900                 __ClearPageReported(page);
901
902         list_del(&page->lru);
903         __ClearPageBuddy(page);
904         set_page_private(page, 0);
905         zone->free_area[order].nr_free--;
906 }
907
908 /*
909  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
910  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
911  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
912  * that is happening, add the free page to the tail of the list
913  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
914  * as a higher order page
915  */
916 static inline bool
917 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
918                    struct page *page, unsigned int order)
919 {
920         struct page *higher_page, *higher_buddy;
921         unsigned long combined_pfn;
922
923         if (order >= MAX_ORDER - 2)
924                 return false;
925
926         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
927                 return false;
928
929         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
930         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
931         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
932         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
933
934         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
935                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
936 }
937
938 /*
939  * Freeing function for a buddy system allocator.
940  *
941  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
942  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
943  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
944  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
945  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
946  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
947  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
948  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
949  * parts of the VM system.
950  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
951  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
952  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
953  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
954  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
955  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
956  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
957  * triggers coalescing into a block of larger size.
958  *
959  * -- nyc
960  */
961
962 static inline void __free_one_page(struct page *page,
963                 unsigned long pfn,
964                 struct zone *zone, unsigned int order,
965                 int migratetype, bool report)
966 {
967         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
968         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
969         unsigned long combined_pfn;
970         unsigned int max_order;
971         struct page *buddy;
972         bool to_tail;
973
974         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
975
976         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
977         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
978
979         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
980         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
981                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
982
983         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
984         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
985
986 continue_merging:
987         while (order < max_order - 1) {
988                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
989                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
990                                                                 migratetype);
991                         return;
992                 }
993                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
994                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
995
996                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
997                         goto done_merging;
998                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
999                         goto done_merging;
1000                 /*
1001                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1002                  * merge with it and move up one order.
1003                  */
1004                 if (page_is_guard(buddy))
1005                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1006                 else
1007                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1008                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1009                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1010                 pfn = combined_pfn;
1011                 order++;
1012         }
1013         if (max_order < MAX_ORDER) {
1014                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1015                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1016                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1017                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1018                  *
1019                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1020                  * low-order merging.
1021                  */
1022                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1023                         int buddy_mt;
1024
1025                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1026                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1027                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1028
1029                         if (migratetype != buddy_mt
1030                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1031                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1032                                 goto done_merging;
1033                 }
1034                 max_order++;
1035                 goto continue_merging;
1036         }
1037
1038 done_merging:
1039         set_page_order(page, order);
1040
1041         if (is_shuffle_order(order))
1042                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1043         else
1044                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1045
1046         if (to_tail)
1047                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1048         else
1049                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1050
1051         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1052         if (report)
1053                 page_reporting_notify_free(order);
1054 }
1055
1056 /*
1057  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1058  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1059  * check if necessary.
1060  */
1061 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1062                                         unsigned long check_flags)
1063 {
1064         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1065                 return false;
1066
1067         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1068                         page_ref_count(page) |
1069 #ifdef CONFIG_MEMCG
1070                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1071 #endif
1072                         (page->flags & check_flags)))
1073                 return false;
1074
1075         return true;
1076 }
1077
1078 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
1079 {
1080         const char *bad_reason;
1081         unsigned long bad_flags;
1082
1083         bad_reason = NULL;
1084         bad_flags = 0;
1085
1086         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1087                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1088         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1089                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1090         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1091                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1092         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
1093                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1094                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
1095         }
1096 #ifdef CONFIG_MEMCG
1097         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1098                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1099 #endif
1100         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1101 }
1102
1103 static inline int free_pages_check(struct page *page)
1104 {
1105         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1106                 return 0;
1107
1108         /* Something has gone sideways, find it */
1109         free_pages_check_bad(page);
1110         return 1;
1111 }
1112
1113 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1114 {
1115         int ret = 1;
1116
1117         /*
1118          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1119          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1120          */
1121         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1122
1123         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1124                 ret = 0;
1125                 goto out;
1126         }
1127         switch (page - head_page) {
1128         case 1:
1129                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1130                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1131                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
1132                         goto out;
1133                 }
1134                 break;
1135         case 2:
1136                 /*
1137                  * the second tail page: ->mapping is
1138                  * deferred_list.next -- ignore value.
1139                  */
1140                 break;
1141         default:
1142                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1143                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
1144                         goto out;
1145                 }
1146                 break;
1147         }
1148         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1149                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
1150                 goto out;
1151         }
1152         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1153                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
1154                 goto out;
1155         }
1156         ret = 0;
1157 out:
1158         page->mapping = NULL;
1159         clear_compound_head(page);
1160         return ret;
1161 }
1162
1163 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1164 {
1165         int i;
1166
1167         for (i = 0; i < numpages; i++)
1168                 clear_highpage(page + i);
1169 }
1170
1171 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1172                                         unsigned int order, bool check_free)
1173 {
1174         int bad = 0;
1175
1176         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1177
1178         trace_mm_page_free(page, order);
1179
1180         /*
1181          * Check tail pages before head page information is cleared to
1182          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1183          */
1184         if (unlikely(order)) {
1185                 bool compound = PageCompound(page);
1186                 int i;
1187
1188                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1189
1190                 if (compound)
1191                         ClearPageDoubleMap(page);
1192                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1193                         if (compound)
1194                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1195                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1196                                 bad++;
1197                                 continue;
1198                         }
1199                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1200                 }
1201         }
1202         if (PageMappingFlags(page))
1203                 page->mapping = NULL;
1204         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1205                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1206         if (check_free)
1207                 bad += free_pages_check(page);
1208         if (bad)
1209                 return false;
1210
1211         page_cpupid_reset_last(page);
1212         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1213         reset_page_owner(page, order);
1214
1215         if (!PageHighMem(page)) {
1216                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1217                                            PAGE_SIZE << order);
1218                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1219                                            PAGE_SIZE << order);
1220         }
1221         if (want_init_on_free())
1222                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1223
1224         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1225         /*
1226          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1227          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1228          * happen after this.
1229          */
1230         arch_free_page(page, order);
1231
1232         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1233                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1234
1235         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1236
1237         return true;
1238 }
1239
1240 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1241 /*
1242  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1243  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1244  * moved from pcp lists to free lists.
1245  */
1246 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1247 {
1248         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1249 }
1250
1251 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1252 {
1253         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1254                 return free_pages_check(page);
1255         else
1256                 return false;
1257 }
1258 #else
1259 /*
1260  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1261  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1262  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1263  * to the pcp lists.
1264  */
1265 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1266 {
1267         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1268                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1269         else
1270                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1271 }
1272
1273 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1274 {
1275         return free_pages_check(page);
1276 }
1277 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1278
1279 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1280 {
1281         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1282         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1283         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1284
1285         prefetch(buddy);
1286 }
1287
1288 /*
1289  * Frees a number of pages from the PCP lists
1290  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1291  * count is the number of pages to free.
1292  *
1293  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1294  * see if this freeing clears that state.
1295  *
1296  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1297  * pinned" detection logic.
1298  */
1299 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1300                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1301 {
1302         int migratetype = 0;
1303         int batch_free = 0;
1304         int prefetch_nr = 0;
1305         bool isolated_pageblocks;
1306         struct page *page, *tmp;
1307         LIST_HEAD(head);
1308
1309         while (count) {
1310                 struct list_head *list;
1311
1312                 /*
1313                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1314                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1315                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1316                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1317                  * lists
1318                  */
1319                 do {
1320                         batch_free++;
1321                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1322                                 migratetype = 0;
1323                         list = &pcp->lists[migratetype];
1324                 } while (list_empty(list));
1325
1326                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1327                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1328                         batch_free = count;
1329
1330                 do {
1331                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1332                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1333                         list_del(&page->lru);
1334                         pcp->count--;
1335
1336                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1337                                 continue;
1338
1339                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1340
1341                         /*
1342                          * We are going to put the page back to the global
1343                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1344                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1345                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1346                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1347                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1348                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1349                          */
1350                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1351                                 prefetch_buddy(page);
1352                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1353         }
1354
1355         spin_lock(&zone->lock);
1356         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1357
1358         /*
1359          * Use safe version since after __free_one_page(),
1360          * page->lru.next will not point to original list.
1361          */
1362         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1363                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1364                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1365                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1366                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1367                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1368                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1369
1370                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt, true);
1371                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1372         }
1373         spin_unlock(&zone->lock);
1374 }
1375
1376 static void free_one_page(struct zone *zone,
1377                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1378                                 unsigned int order,
1379                                 int migratetype)
1380 {
1381         spin_lock(&zone->lock);
1382         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1383                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1384                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1385         }
1386         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, true);
1387         spin_unlock(&zone->lock);
1388 }
1389
1390 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1391                                 unsigned long zone, int nid)
1392 {
1393         mm_zero_struct_page(page);
1394         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1395         init_page_count(page);
1396         page_mapcount_reset(page);
1397         page_cpupid_reset_last(page);
1398         page_kasan_tag_reset(page);
1399
1400         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1401 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1402         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1403         if (!is_highmem_idx(zone))
1404                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1405 #endif
1406 }
1407
1408 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1409 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1410 {
1411         pg_data_t *pgdat;
1412         int nid, zid;
1413
1414         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1415                 return;
1416
1417         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1418         pgdat = NODE_DATA(nid);
1419
1420         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1421                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1422
1423                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1424                         break;
1425         }
1426         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1427 }
1428 #else
1429 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1430 {
1431 }
1432 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1433
1434 /*
1435  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1436  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1437  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1438  * sent to the buddy page allocator.
1439  */
1440 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1441 {
1442         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1443         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1444
1445         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1446                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1447                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1448
1449                         init_reserved_page(start_pfn);
1450
1451                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1452                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1453
1454                         /*
1455                          * no need for atomic set_bit because the struct
1456                          * page is not visible yet so nobody should
1457                          * access it yet.
1458                          */
1459                         __SetPageReserved(page);
1460                 }
1461         }
1462 }
1463
1464 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1465 {
1466         unsigned long flags;
1467         int migratetype;
1468         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1469
1470         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1471                 return;
1472
1473         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1474         local_irq_save(flags);
1475         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1476         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1477         local_irq_restore(flags);
1478 }
1479
1480 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1481 {
1482         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1483         struct page *p = page;
1484         unsigned int loop;
1485
1486         prefetchw(p);
1487         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1488                 prefetchw(p + 1);
1489                 __ClearPageReserved(p);
1490                 set_page_count(p, 0);
1491         }
1492         __ClearPageReserved(p);
1493         set_page_count(p, 0);
1494
1495         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1496         set_page_refcounted(page);
1497         __free_pages(page, order);
1498 }
1499
1500 #ifdef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
1501
1502 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1503
1504 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
1505
1506 /*
1507  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1508  */
1509 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1510                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1511 {
1512         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1513         int nid;
1514
1515         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1516                 return state->last_nid;
1517
1518         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1519         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1520                 state->last_start = start_pfn;
1521                 state->last_end = end_pfn;
1522                 state->last_nid = nid;
1523         }
1524
1525         return nid;
1526 }
1527 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
1528
1529 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1530 {
1531         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1532         int nid;
1533
1534         spin_lock(&early_pfn_lock);
1535         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1536         if (nid < 0)
1537                 nid = first_online_node;
1538         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1539
1540         return nid;
1541 }
1542 #endif /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1543
1544 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1545 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1546 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1547 {
1548         int nid;
1549
1550         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1551         if (nid >= 0 && nid != node)
1552                 return false;
1553         return true;
1554 }
1555
1556 #else
1557 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1558 {
1559         return true;
1560 }
1561 #endif
1562
1563
1564 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1565                                                         unsigned int order)
1566 {
1567         if (early_page_uninitialised(pfn))
1568                 return;
1569         __free_pages_core(page, order);
1570 }
1571
1572 /*
1573  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1574  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1575  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1576  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1577  * pageblocks.
1578  *
1579  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1580  *
1581  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1582  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1583  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1584  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1585  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1586  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1587  * page in a pageblock.
1588  */
1589 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1590                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1591 {
1592         struct page *start_page;
1593         struct page *end_page;
1594
1595         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1596         end_pfn--;
1597
1598         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1599                 return NULL;
1600
1601         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1602         if (!start_page)
1603                 return NULL;
1604
1605         if (page_zone(start_page) != zone)
1606                 return NULL;
1607
1608         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1609
1610         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1611         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1612                 return NULL;
1613
1614         return start_page;
1615 }
1616
1617 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1618 {
1619         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1620         unsigned long block_end_pfn;
1621
1622         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1623         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1624                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1625                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1626
1627                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1628
1629                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1630                                              block_end_pfn, zone))
1631                         return;
1632                 cond_resched();
1633         }
1634
1635         /* We confirm that there is no hole */
1636         zone->contiguous = true;
1637 }
1638
1639 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1640 {
1641         zone->contiguous = false;
1642 }
1643
1644 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1645 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1646                                        unsigned long nr_pages)
1647 {
1648         struct page *page;
1649         unsigned long i;
1650
1651         if (!nr_pages)
1652                 return;
1653
1654         page = pfn_to_page(pfn);
1655
1656         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1657         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1658             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1659                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1660                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1661                 return;
1662         }
1663
1664         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1665                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1666                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1667                 __free_pages_core(page, 0);
1668         }
1669 }
1670
1671 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1672 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1673 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1674
1675 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1676 {
1677         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1678                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1679 }
1680
1681 /*
1682  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1683  *
1684  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1685  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1686  * function is optimized out.
1687  *
1688  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1689  * of the head pfn.
1690  */
1691 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1692 {
1693         if (!pfn_valid_within(pfn))
1694                 return false;
1695         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1696                 return false;
1697         return true;
1698 }
1699
1700 /*
1701  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1702  * pageblock_nr_pages sizes.
1703  */
1704 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1705                                        unsigned long end_pfn)
1706 {
1707         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1708         unsigned long nr_free = 0;
1709
1710         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1711                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1712                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1713                         nr_free = 0;
1714                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1715                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1716                         nr_free = 1;
1717                         touch_nmi_watchdog();
1718                 } else {
1719                         nr_free++;
1720                 }
1721         }
1722         /* Free the last block of pages to allocator */
1723         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1724 }
1725
1726 /*
1727  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1728  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1729  * Return number of pages initialized.
1730  */
1731 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1732                                                  unsigned long pfn,
1733                                                  unsigned long end_pfn)
1734 {
1735         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1736         int nid = zone_to_nid(zone);
1737         unsigned long nr_pages = 0;
1738         int zid = zone_idx(zone);
1739         struct page *page = NULL;
1740
1741         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1742                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1743                         page = NULL;
1744                         continue;
1745                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1746                         page = pfn_to_page(pfn);
1747                         touch_nmi_watchdog();
1748                 } else {
1749                         page++;
1750                 }
1751                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1752                 nr_pages++;
1753         }
1754         return (nr_pages);
1755 }
1756
1757 /*
1758  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1759  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1760  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1761  * return false indicating there are no valid ranges left.
1762  */
1763 static bool __init
1764 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1765                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1766                                     unsigned long first_init_pfn)
1767 {
1768         u64 j;
1769
1770         /*
1771          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1772          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1773          * so we just need to flush them out of the system.
1774          */
1775         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1776                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1777                         continue;
1778                 if (*spfn < first_init_pfn)
1779                         *spfn = first_init_pfn;
1780                 *i = j;
1781                 return true;
1782         }
1783
1784         return false;
1785 }
1786
1787 /*
1788  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1789  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1790  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1791  * page in __free_one_page()).
1792  *
1793  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1794  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1795  * any issues with the buddy page computation.
1796  */
1797 static unsigned long __init
1798 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1799                        unsigned long *end_pfn)
1800 {
1801         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1802         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1803         unsigned long nr_pages = 0;
1804         u64 j = *i;
1805
1806         /* First we loop through and initialize the page values */
1807         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1808                 unsigned long t;
1809
1810                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1811                         break;
1812
1813                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1814                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1815
1816                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1817                         *start_pfn = mo_pfn;
1818                         break;
1819                 }
1820         }
1821
1822         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1823         swap(j, *i);
1824
1825         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1826                 unsigned long t;
1827
1828                 if (mo_pfn <= spfn)
1829                         break;
1830
1831                 t = min(mo_pfn, epfn);
1832                 deferred_free_pages(spfn, t);
1833
1834                 if (mo_pfn <= epfn)
1835                         break;
1836         }
1837
1838         return nr_pages;
1839 }
1840
1841 /* Initialise remaining memory on a node */
1842 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1843 {
1844         pg_data_t *pgdat = data;
1845         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1846         unsigned long spfn = 0, epfn = 0, nr_pages = 0;
1847         unsigned long first_init_pfn, flags;
1848         unsigned long start = jiffies;
1849         struct zone *zone;
1850         int zid;
1851         u64 i;
1852
1853         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1854         if (!cpumask_empty(cpumask))
1855                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1856
1857         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1858         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1859         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1860                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1861                 pgdat_init_report_one_done();
1862                 return 0;
1863         }
1864
1865         /* Sanity check boundaries */
1866         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1867         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1868         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1869
1870         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1871         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1872                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1873                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1874                         break;
1875         }
1876
1877         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1878         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1879                                                  first_init_pfn))
1880                 goto zone_empty;
1881
1882         /*
1883          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1884          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1885          * allocator.
1886          */
1887         while (spfn < epfn)
1888                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1889 zone_empty:
1890         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1891
1892         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1893         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1894
1895         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n",
1896                 pgdat->node_id, nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1897
1898         pgdat_init_report_one_done();
1899         return 0;
1900 }
1901
1902 /*
1903  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1904  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1905  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1906  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1907  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1908  *
1909  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1910  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1911  * enough pages to satisfy the allocation.
1912  *
1913  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1914  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1915  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1916  */
1917 static noinline bool __init
1918 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1919 {
1920         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1921         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1922         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1923         unsigned long spfn, epfn, flags;
1924         unsigned long nr_pages = 0;
1925         u64 i;
1926
1927         /* Only the last zone may have deferred pages */
1928         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1929                 return false;
1930
1931         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1932
1933         /*
1934          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1935          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1936          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1937          * has this static branch.
1938          */
1939         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1940                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1941                 return true;
1942         }
1943
1944         /*
1945          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1946          * true, as there might be enough pages already.
1947          */
1948         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1949                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1950                 return true;
1951         }
1952
1953         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1954         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1955                                                  first_deferred_pfn)) {
1956                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1957                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1958                 /* Retry only once. */
1959                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1960         }
1961
1962         /*
1963          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1964          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1965          * allocator.
1966          */
1967         while (spfn < epfn) {
1968                 /* update our first deferred PFN for this section */
1969                 first_deferred_pfn = spfn;
1970
1971                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1972
1973                 /* We should only stop along section boundaries */
1974                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1975                         continue;
1976
1977                 /* If our quota has been met we can stop here */
1978                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1979                         break;
1980         }
1981
1982         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1983         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1984
1985         return nr_pages > 0;
1986 }
1987
1988 /*
1989  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1990  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1991  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1992  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1993  */
1994 static bool __ref
1995 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1996 {
1997         return deferred_grow_zone(zone, order);
1998 }
1999
2000 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2001
2002 void __init page_alloc_init_late(void)
2003 {
2004         struct zone *zone;
2005         int nid;
2006
2007 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2008
2009         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2010         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2011         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2012                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2013         }
2014
2015         /* Block until all are initialised */
2016         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2017
2018         /*
2019          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
2020          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
2021          * will be artificially small.
2022          */
2023         for_each_populated_zone(zone)
2024                 zone_pcp_update(zone);
2025
2026         /*
2027          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2028          * on-demand struct page initialization.
2029          */
2030         static_branch_disable(&deferred_pages);
2031
2032         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2033         files_maxfiles_init();
2034 #endif
2035
2036         /* Discard memblock private memory */
2037         memblock_discard();
2038
2039         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2040                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2041
2042         for_each_populated_zone(zone)
2043                 set_zone_contiguous(zone);
2044 }
2045
2046 #ifdef CONFIG_CMA
2047 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2048 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2049 {
2050         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2051         struct page *p = page;
2052
2053         do {
2054                 __ClearPageReserved(p);
2055                 set_page_count(p, 0);
2056         } while (++p, --i);
2057
2058         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2059
2060         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2061                 i = pageblock_nr_pages;
2062                 p = page;
2063                 do {
2064                         set_page_refcounted(p);
2065                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2066                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2067                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2068         } else {
2069                 set_page_refcounted(page);
2070                 __free_pages(page, pageblock_order);
2071         }
2072
2073         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2074 }
2075 #endif
2076
2077 /*
2078  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2079  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2080  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2081  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2082  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2083  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2084  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2085  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2086  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2087  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2088  *
2089  * -- nyc
2090  */
2091 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2092         int low, int high, int migratetype)
2093 {
2094         unsigned long size = 1 << high;
2095
2096         while (high > low) {
2097                 high--;
2098                 size >>= 1;
2099                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2100
2101                 /*
2102                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2103                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2104                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2105                  * pages will stay not present in virtual address space
2106                  */
2107                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2108                         continue;
2109
2110                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2111                 set_page_order(&page[size], high);
2112         }
2113 }
2114
2115 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2116 {
2117         const char *bad_reason = NULL;
2118         unsigned long bad_flags = 0;
2119
2120         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
2121                 bad_reason = "nonzero mapcount";
2122         if (unlikely(page->mapping != NULL))
2123                 bad_reason = "non-NULL mapping";
2124         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
2125                 bad_reason = "nonzero _refcount";
2126         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2127                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
2128                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
2129                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2130                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2131                 return;
2132         }
2133         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
2134                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
2135                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
2136         }
2137 #ifdef CONFIG_MEMCG
2138         if (unlikely(page->mem_cgroup))
2139                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
2140 #endif
2141         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
2142 }
2143
2144 /*
2145  * This page is about to be returned from the page allocator
2146  */
2147 static inline int check_new_page(struct page *page)
2148 {
2149         if (likely(page_expected_state(page,
2150                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2151                 return 0;
2152
2153         check_new_page_bad(page);
2154         return 1;
2155 }
2156
2157 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2158 {
2159         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2160                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2161 }
2162
2163 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2164 /*
2165  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2166  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2167  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2168  */
2169 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2170 {
2171         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2172                 return check_new_page(page);
2173         else
2174                 return false;
2175 }
2176
2177 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2178 {
2179         return check_new_page(page);
2180 }
2181 #else
2182 /*
2183  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2184  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2185  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2186  */
2187 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2188 {
2189         return check_new_page(page);
2190 }
2191 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2192 {
2193         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2194                 return check_new_page(page);
2195         else
2196                 return false;
2197 }
2198 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2199
2200 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2201 {
2202         int i;
2203         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2204                 struct page *p = page + i;
2205
2206                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2207                         return true;
2208         }
2209
2210         return false;
2211 }
2212
2213 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2214                                 gfp_t gfp_flags)
2215 {
2216         set_page_private(page, 0);
2217         set_page_refcounted(page);
2218
2219         arch_alloc_page(page, order);
2220         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2221                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2222         kasan_alloc_pages(page, order);
2223         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2224         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2225 }
2226
2227 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2228                                                         unsigned int alloc_flags)
2229 {
2230         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2231
2232         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2233                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2234
2235         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2236                 prep_compound_page(page, order);
2237
2238         /*
2239          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2240          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2241          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2242          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2243          */
2244         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2245                 set_page_pfmemalloc(page);
2246         else
2247                 clear_page_pfmemalloc(page);
2248 }
2249
2250 /*
2251  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2252  * the smallest available page from the freelists
2253  */
2254 static __always_inline
2255 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2256                                                 int migratetype)
2257 {
2258         unsigned int current_order;
2259         struct free_area *area;
2260         struct page *page;
2261
2262         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2263         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2264                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2265                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2266                 if (!page)
2267                         continue;
2268                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2269                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2270                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2271                 return page;
2272         }
2273
2274         return NULL;
2275 }
2276
2277
2278 /*
2279  * This array describes the order lists are fallen back to when
2280  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2281  */
2282 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2283         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2284         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2285         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2286 #ifdef CONFIG_CMA
2287         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2288 #endif
2289 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2290         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2291 #endif
2292 };
2293
2294 #ifdef CONFIG_CMA
2295 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2296                                         unsigned int order)
2297 {
2298         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2299 }
2300 #else
2301 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2302                                         unsigned int order) { return NULL; }
2303 #endif
2304
2305 /*
2306  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2307  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2308  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2309  */
2310 static int move_freepages(struct zone *zone,
2311                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2312                           int migratetype, int *num_movable)
2313 {
2314         struct page *page;
2315         unsigned int order;
2316         int pages_moved = 0;
2317
2318         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2319                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2320                         page++;
2321                         continue;
2322                 }
2323
2324                 if (!PageBuddy(page)) {
2325                         /*
2326                          * We assume that pages that could be isolated for
2327                          * migration are movable. But we don't actually try
2328                          * isolating, as that would be expensive.
2329                          */
2330                         if (num_movable &&
2331                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2332                                 (*num_movable)++;
2333
2334                         page++;
2335                         continue;
2336                 }
2337
2338                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2339                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2340                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2341
2342                 order = page_order(page);
2343                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2344                 page += 1 << order;
2345                 pages_moved += 1 << order;
2346         }
2347
2348         return pages_moved;
2349 }
2350
2351 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2352                                 int migratetype, int *num_movable)
2353 {
2354         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2355         struct page *start_page, *end_page;
2356
2357         if (num_movable)
2358                 *num_movable = 0;
2359
2360         start_pfn = page_to_pfn(page);
2361         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2362         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2363         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2364         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2365
2366         /* Do not cross zone boundaries */
2367         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2368                 start_page = page;
2369         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2370                 return 0;
2371
2372         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2373                                                                 num_movable);
2374 }
2375
2376 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2377                                         int start_order, int migratetype)
2378 {
2379         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2380
2381         while (nr_pageblocks--) {
2382                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2383                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2384         }
2385 }
2386
2387 /*
2388  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2389  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2390  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2391  *
2392  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2393  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2394  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2395  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2396  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2397  * pageblocks.
2398  */
2399 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2400 {
2401         /*
2402          * Leaving this order check is intended, although there is
2403          * relaxed order check in next check. The reason is that
2404          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2405          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2406          * so could be changed anytime.
2407          */
2408         if (order >= pageblock_order)
2409                 return true;
2410
2411         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2412                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2413                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2414                 page_group_by_mobility_disabled)
2415                 return true;
2416
2417         return false;
2418 }
2419
2420 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2421 {
2422         unsigned long max_boost;
2423
2424         if (!watermark_boost_factor)
2425                 return;
2426         /*
2427          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2428          * On small machines, including kdump capture kernels running
2429          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2430          * memory situation immediately.
2431          */
2432         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2433                 return;
2434
2435         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2436                         watermark_boost_factor, 10000);
2437
2438         /*
2439          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2440          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2441          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2442          * allocations that early means that reclaim is not going
2443          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2444          * boosted watermark resulting in a hang.
2445          */
2446         if (!max_boost)
2447                 return;
2448
2449         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2450
2451         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2452                 max_boost);
2453 }
2454
2455 /*
2456  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2457  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2458  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2459  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2460  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2461  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2462  */
2463 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2464                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2465 {
2466         unsigned int current_order = page_order(page);
2467         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2468         int old_block_type;
2469
2470         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2471
2472         /*
2473          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2474          * highatomic accounting.
2475          */
2476         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2477                 goto single_page;
2478
2479         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2480         if (current_order >= pageblock_order) {
2481                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2482                 goto single_page;
2483         }
2484
2485         /*
2486          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2487          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2488          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2489          */
2490         boost_watermark(zone);
2491         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2492                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2493
2494         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2495         if (!whole_block)
2496                 goto single_page;
2497
2498         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2499                                                 &movable_pages);
2500         /*
2501          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2502          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2503          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2504          */
2505         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2506                 alike_pages = movable_pages;
2507         } else {
2508                 /*
2509                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2510                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2511                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2512                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2513                  * exact migratetype of non-movable pages.
2514                  */
2515                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2516                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2517                                                 - (free_pages + movable_pages);
2518                 else
2519                         alike_pages = 0;
2520         }
2521
2522         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2523         if (!free_pages)
2524                 goto single_page;
2525
2526         /*
2527          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2528          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2529          */
2530         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2531                         page_group_by_mobility_disabled)
2532                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2533
2534         return;
2535
2536 single_page:
2537         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2538 }
2539
2540 /*
2541  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2542  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2543  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2544  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2545  */
2546 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2547                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2548 {
2549         int i;
2550         int fallback_mt;
2551
2552         if (area->nr_free == 0)
2553                 return -1;
2554
2555         *can_steal = false;
2556         for (i = 0;; i++) {
2557                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2558                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2559                         break;
2560
2561                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2562                         continue;
2563
2564                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2565                         *can_steal = true;
2566
2567                 if (!only_stealable)
2568                         return fallback_mt;
2569
2570                 if (*can_steal)
2571                         return fallback_mt;
2572         }
2573
2574         return -1;
2575 }
2576
2577 /*
2578  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2579  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2580  */
2581 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2582                                 unsigned int alloc_order)
2583 {
2584         int mt;
2585         unsigned long max_managed, flags;
2586
2587         /*
2588          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2589          * Check is race-prone but harmless.
2590          */
2591         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2592         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2593                 return;
2594
2595         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2596
2597         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2598         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2599                 goto out_unlock;
2600
2601         /* Yoink! */
2602         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2603         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2604             && !is_migrate_cma(mt)) {
2605                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2606                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2607                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2608         }
2609
2610 out_unlock:
2611         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2612 }
2613
2614 /*
2615  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2616  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2617  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2618  * to recover from than an OOM.
2619  *
2620  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2621  * pageblock is exhausted.
2622  */
2623 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2624                                                 bool force)
2625 {
2626         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2627         unsigned long flags;
2628         struct zoneref *z;
2629         struct zone *zone;
2630         struct page *page;
2631         int order;
2632         bool ret;
2633
2634         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2635                                                                 ac->nodemask) {
2636                 /*
2637                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2638                  * is really high.
2639                  */
2640                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2641                                         pageblock_nr_pages)
2642                         continue;
2643
2644                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2645                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2646                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2647
2648                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2649                         if (!page)
2650                                 continue;
2651
2652                         /*
2653                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2654                          * we can counter several free pages in a pageblock
2655                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2656                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2657                          * adjust the count once.
2658                          */
2659                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2660                                 /*
2661                                  * It should never happen but changes to
2662                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2663                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2664                                  * while unreserving so be safe and watch for
2665                                  * underflows.
2666                                  */
2667                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2668                                                 pageblock_nr_pages,
2669                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2670                         }
2671
2672                         /*
2673                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2674                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2675                          * is doing the work and needs the pages. More
2676                          * importantly, if the block was always converted to
2677                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2678                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2679                          * may increase.
2680                          */
2681                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2682                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2683                                                                         NULL);
2684                         if (ret) {
2685                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2686                                 return ret;
2687                         }
2688                 }
2689                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2690         }
2691
2692         return false;
2693 }
2694
2695 /*
2696  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2697  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2698  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2699  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2700  *
2701  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2702  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2703  * condition simpler.
2704  */
2705 static __always_inline bool
2706 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2707                                                 unsigned int alloc_flags)
2708 {
2709         struct free_area *area;
2710         int current_order;
2711         int min_order = order;
2712         struct page *page;
2713         int fallback_mt;
2714         bool can_steal;
2715
2716         /*
2717          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2718          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2719          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2720          */
2721         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2722                 min_order = pageblock_order;
2723
2724         /*
2725          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2726          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2727          * would be too costly to do exactly.
2728          */
2729         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2730                                 --current_order) {
2731                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2732                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2733                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2734                 if (fallback_mt == -1)
2735                         continue;
2736
2737                 /*
2738                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2739                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2740                  * steal and split the smallest available page instead of the
2741                  * largest available page, because even if the next movable
2742                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2743                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2744                  */
2745                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2746                                         && current_order > order)
2747                         goto find_smallest;
2748
2749                 goto do_steal;
2750         }
2751
2752         return false;
2753
2754 find_smallest:
2755         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2756                                                         current_order++) {
2757                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2758                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2759                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2760                 if (fallback_mt != -1)
2761                         break;
2762         }
2763
2764         /*
2765          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2766          * when looking for the largest page.
2767          */
2768         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2769
2770 do_steal:
2771         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2772
2773         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2774                                                                 can_steal);
2775
2776         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2777                 start_migratetype, fallback_mt);
2778
2779         return true;
2780
2781 }
2782
2783 /*
2784  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2785  * Call me with the zone->lock already held.
2786  */
2787 static __always_inline struct page *
2788 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2789                                                 unsigned int alloc_flags)
2790 {
2791         struct page *page;
2792
2793 retry:
2794         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2795         if (unlikely(!page)) {
2796                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2797                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2798
2799                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2800                                                                 alloc_flags))
2801                         goto retry;
2802         }
2803
2804         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2805         return page;
2806 }
2807
2808 /*
2809  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2810  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2811  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2812  */
2813 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2814                         unsigned long count, struct list_head *list,
2815                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2816 {
2817         int i, alloced = 0;
2818
2819         spin_lock(&zone->lock);
2820         for (i = 0; i < count; ++i) {
2821                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2822                                                                 alloc_flags);
2823                 if (unlikely(page == NULL))
2824                         break;
2825
2826                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2827                         continue;
2828
2829                 /*
2830                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2831                  * physical page order. The page is added to the tail of
2832                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2833                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2834                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2835                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2836                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2837                  * pages are ordered properly.
2838                  */
2839                 list_add_tail(&page->lru, list);
2840                 alloced++;
2841                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2842                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2843                                               -(1 << order));
2844         }
2845
2846         /*
2847          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2848          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2849          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2850          * pages added to the pcp list.
2851          */
2852         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2853         spin_unlock(&zone->lock);
2854         return alloced;
2855 }
2856
2857 #ifdef CONFIG_NUMA
2858 /*
2859  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2860  * currently executing processor on remote nodes after they have
2861  * expired.
2862  *
2863  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2864  * a single processor.
2865  */
2866 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2867 {
2868         unsigned long flags;
2869         int to_drain, batch;
2870
2871         local_irq_save(flags);
2872         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2873         to_drain = min(pcp->count, batch);
2874         if (to_drain > 0)
2875                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2876         local_irq_restore(flags);
2877 }
2878 #endif
2879
2880 /*
2881  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2882  *
2883  * The processor must either be the current processor and the
2884  * thread pinned to the current processor or a processor that
2885  * is not online.
2886  */
2887 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2888 {
2889         unsigned long flags;
2890         struct per_cpu_pageset *pset;
2891         struct per_cpu_pages *pcp;
2892
2893         local_irq_save(flags);
2894         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2895
2896         pcp = &pset->pcp;
2897         if (pcp->count)
2898                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2899         local_irq_restore(flags);
2900 }
2901
2902 /*
2903  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2904  *
2905  * The processor must either be the current processor and the
2906  * thread pinned to the current processor or a processor that
2907  * is not online.
2908  */
2909 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2910 {
2911         struct zone *zone;
2912
2913         for_each_populated_zone(zone) {
2914                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2915         }
2916 }
2917
2918 /*
2919  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2920  *
2921  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2922  * the single zone's pages.
2923  */
2924 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2925 {
2926         int cpu = smp_processor_id();
2927
2928         if (zone)
2929                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2930         else
2931                 drain_pages(cpu);
2932 }
2933
2934 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2935 {
2936         struct pcpu_drain *drain;
2937
2938         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2939
2940         /*
2941          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2942          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2943          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2944          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2945          * a different one.
2946          */
2947         preempt_disable();
2948         drain_local_pages(drain->zone);
2949         preempt_enable();
2950 }
2951
2952 /*
2953  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2954  *
2955  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2956  *
2957  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2958  */
2959 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2960 {
2961         int cpu;
2962
2963         /*
2964          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2965          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2966          */
2967         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2968
2969         /*
2970          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2971          * initialized.
2972          */
2973         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2974                 return;
2975
2976         /*
2977          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2978          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2979          * the drain to be complete when the call returns.
2980          */
2981         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2982                 if (!zone)
2983                         return;
2984                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2985         }
2986
2987         /*
2988          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2989          * as offline notification will cause the notified
2990          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2991          * disables preemption as part of its processing
2992          */
2993         for_each_online_cpu(cpu) {
2994                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2995                 struct zone *z;
2996                 bool has_pcps = false;
2997
2998                 if (zone) {
2999                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3000                         if (pcp->pcp.count)
3001                                 has_pcps = true;
3002                 } else {
3003                         for_each_populated_zone(z) {
3004                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
3005                                 if (pcp->pcp.count) {
3006                                         has_pcps = true;
3007                                         break;
3008                                 }
3009                         }
3010                 }
3011
3012                 if (has_pcps)
3013                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3014                 else
3015                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3016         }
3017
3018         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3019                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3020
3021                 drain->zone = zone;
3022                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3023                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3024         }
3025         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3026                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3027
3028         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3029 }
3030
3031 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3032
3033 /*
3034  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3035  */
3036 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3037
3038 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3039 {
3040         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3041         unsigned long flags;
3042         unsigned int order, t;
3043         struct page *page;
3044
3045         if (zone_is_empty(zone))
3046                 return;
3047
3048         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3049
3050         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3051         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3052                 if (pfn_valid(pfn)) {
3053                         page = pfn_to_page(pfn);
3054
3055                         if (!--page_count) {
3056                                 touch_nmi_watchdog();
3057                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3058                         }
3059
3060                         if (page_zone(page) != zone)
3061                                 continue;
3062
3063                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3064                                 swsusp_unset_page_free(page);
3065                 }
3066
3067         for_each_migratetype_order(order, t) {
3068                 list_for_each_entry(page,
3069                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3070                         unsigned long i;
3071
3072                         pfn = page_to_pfn(page);
3073                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3074                                 if (!--page_count) {
3075                                         touch_nmi_watchdog();
3076                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3077                                 }
3078                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3079                         }
3080                 }
3081         }
3082         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3083 }
3084 #endif /* CONFIG_PM */
3085
3086 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3087 {
3088         int migratetype;
3089
3090         if (!free_pcp_prepare(page))
3091                 return false;
3092
3093         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3094         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3095         return true;
3096 }
3097
3098 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3099 {
3100         struct zone *zone = page_zone(page);
3101         struct per_cpu_pages *pcp;
3102         int migratetype;
3103
3104         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3105         __count_vm_event(PGFREE);
3106
3107         /*
3108          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3109          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3110          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3111          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3112          * excessively into the page allocator
3113          */
3114         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3115                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3116                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
3117                         return;
3118                 }
3119                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3120         }
3121
3122         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3123         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3124         pcp->count++;
3125         if (pcp->count >= pcp->high) {
3126                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3127                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3128         }
3129 }
3130
3131 /*
3132  * Free a 0-order page
3133  */
3134 void free_unref_page(struct page *page)
3135 {
3136         unsigned long flags;
3137         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3138
3139         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3140                 return;
3141
3142         local_irq_save(flags);
3143         free_unref_page_commit(page, pfn);
3144         local_irq_restore(flags);
3145 }
3146
3147 /*
3148  * Free a list of 0-order pages
3149  */
3150 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3151 {
3152         struct page *page, *next;
3153         unsigned long flags, pfn;
3154         int batch_count = 0;
3155
3156         /* Prepare pages for freeing */
3157         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3158                 pfn = page_to_pfn(page);
3159                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3160                         list_del(&page->lru);
3161                 set_page_private(page, pfn);
3162         }
3163
3164         local_irq_save(flags);
3165         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3166                 unsigned long pfn = page_private(page);
3167
3168                 set_page_private(page, 0);
3169                 trace_mm_page_free_batched(page);
3170                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3171
3172                 /*
3173                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3174                  * a large list of pages to free.
3175                  */
3176                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3177                         local_irq_restore(flags);
3178                         batch_count = 0;
3179                         local_irq_save(flags);
3180                 }
3181         }
3182         local_irq_restore(flags);
3183 }
3184
3185 /*
3186  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3187  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3188  * Each sub-page must be freed individually.
3189  *
3190  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3191  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3192  */
3193 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3194 {
3195         int i;
3196
3197         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3198         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3199
3200         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3201                 set_page_refcounted(page + i);
3202         split_page_owner(page, order);
3203 }
3204 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3205
3206 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3207 {
3208         unsigned long watermark;
3209         struct zone *zone;
3210         int mt;
3211
3212         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3213
3214         zone = page_zone(page);
3215         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3216
3217         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3218                 /*
3219                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3220                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3221                  * watermark, because we already know our high-order page
3222                  * exists.
3223                  */
3224                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3225                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3226                         return 0;
3227
3228                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3229         }
3230
3231         /* Remove page from free list */
3232
3233         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3234
3235         /*
3236          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3237          * pageblock
3238          */
3239         if (order >= pageblock_order - 1) {
3240                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3241                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3242                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3243                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3244                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3245                                 set_pageblock_migratetype(page,
3246                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3247                 }
3248         }
3249
3250
3251         return 1UL << order;
3252 }
3253
3254 /**
3255  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3256  * @page: Page that was isolated
3257  * @order: Order of the isolated page
3258  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3259  *
3260  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3261  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3262  */
3263 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3264 {
3265         struct zone *zone = page_zone(page);
3266
3267         /* zone lock should be held when this function is called */
3268         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3269
3270         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3271         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, false);
3272 }
3273
3274 /*
3275  * Update NUMA hit/miss statistics
3276  *
3277  * Must be called with interrupts disabled.
3278  */
3279 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3280 {
3281 #ifdef CONFIG_NUMA
3282         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3283
3284         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3285         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3286                 return;
3287
3288         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3289                 local_stat = NUMA_OTHER;
3290
3291         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3292                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3293         else {
3294                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3295                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3296         }
3297         __inc_numa_state(z, local_stat);
3298 #endif
3299 }
3300
3301 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3302 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3303                         unsigned int alloc_flags,
3304                         struct per_cpu_pages *pcp,
3305                         struct list_head *list)
3306 {
3307         struct page *page;
3308
3309         do {
3310                 if (list_empty(list)) {
3311                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3312                                         pcp->batch, list,
3313                                         migratetype, alloc_flags);
3314                         if (unlikely(list_empty(list)))
3315                                 return NULL;
3316                 }
3317
3318                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3319                 list_del(&page->lru);
3320                 pcp->count--;
3321         } while (check_new_pcp(page));
3322
3323         return page;
3324 }
3325
3326 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3327 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3328                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3329                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3330 {
3331         struct per_cpu_pages *pcp;
3332         struct list_head *list;
3333         struct page *page;
3334         unsigned long flags;
3335
3336         local_irq_save(flags);
3337         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3338         list = &pcp->lists[migratetype];
3339         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3340         if (page) {
3341                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3342                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3343         }
3344         local_irq_restore(flags);
3345         return page;
3346 }
3347
3348 /*
3349  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3350  */
3351 static inline
3352 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3353                         struct zone *zone, unsigned int order,
3354                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3355                         int migratetype)
3356 {
3357         unsigned long flags;
3358         struct page *page;
3359
3360         if (likely(order == 0)) {
3361                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3362                                         migratetype, alloc_flags);
3363                 goto out;
3364         }
3365
3366         /*
3367          * We most definitely don't want callers attempting to
3368          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3369          */
3370         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3371         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3372
3373         do {
3374                 page = NULL;
3375                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3376                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3377                         if (page)
3378                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3379                 }
3380                 if (!page)
3381                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3382         } while (page && check_new_pages(page, order));
3383         spin_unlock(&zone->lock);
3384         if (!page)
3385                 goto failed;
3386         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3387                                   get_pcppage_migratetype(page));
3388
3389         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3390         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3391         local_irq_restore(flags);
3392
3393 out:
3394         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3395         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3396                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3397                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3398         }
3399
3400         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3401         return page;
3402
3403 failed:
3404         local_irq_restore(flags);
3405         return NULL;
3406 }
3407
3408 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3409
3410 static struct {
3411         struct fault_attr attr;
3412
3413         bool ignore_gfp_highmem;
3414         bool ignore_gfp_reclaim;
3415         u32 min_order;
3416 } fail_page_alloc = {
3417         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3418         .ignore_gfp_reclaim = true,
3419         .ignore_gfp_highmem = true,
3420         .min_order = 1,
3421 };
3422
3423 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3424 {
3425         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3426 }
3427 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3428
3429 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3430 {
3431         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3432                 return false;
3433         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3434                 return false;
3435         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3436                 return false;
3437         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3438                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3439                 return false;
3440
3441         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3442 }
3443
3444 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3445
3446 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3447 {
3448         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3449         struct dentry *dir;
3450
3451         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3452                                         &fail_page_alloc.attr);
3453
3454         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3455                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3456         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3457                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3458         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3459
3460         return 0;
3461 }
3462
3463 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3464
3465 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3466
3467 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3468
3469 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3470 {
3471         return false;
3472 }
3473
3474 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3475
3476 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3477 {
3478         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3479 }
3480 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3481
3482 /*
3483  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3484  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3485  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3486  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3487  */
3488 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3489                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3490                          long free_pages)
3491 {
3492         long min = mark;
3493         int o;
3494         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3495
3496         /* free_pages may go negative - that's OK */
3497         free_pages -= (1 << order) - 1;
3498
3499         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3500                 min -= min / 2;
3501
3502         /*
3503          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3504          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3505          * atomic reserve but it avoids a search.
3506          */
3507         if (likely(!alloc_harder)) {
3508                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3509         } else {
3510                 /*
3511                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3512                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3513                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3514                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3515                  */
3516                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3517                         min -= min / 2;
3518                 else
3519                         min -= min / 4;
3520         }
3521
3522
3523 #ifdef CONFIG_CMA
3524         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3525         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3526                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3527 #endif
3528
3529         /*
3530          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3531          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3532          * even if a suitable page happened to be free.
3533          */
3534         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3535                 return false;
3536
3537         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3538         if (!order)
3539                 return true;
3540
3541         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3542         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3543                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3544                 int mt;
3545
3546                 if (!area->nr_free)
3547                         continue;
3548
3549                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3550                         if (!free_area_empty(area, mt))
3551                                 return true;
3552                 }
3553
3554 #ifdef CONFIG_CMA
3555                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3556                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3557                         return true;
3558                 }
3559 #endif
3560                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3561                         return true;
3562         }
3563         return false;
3564 }
3565
3566 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3567                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3568 {
3569         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3570                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3571 }
3572
3573 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3574                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3575 {
3576         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3577         long cma_pages = 0;
3578
3579 #ifdef CONFIG_CMA
3580         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3581         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3582                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3583 #endif
3584
3585         /*
3586          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3587          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3588          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3589          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3590          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3591          */
3592         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3593                 return true;
3594
3595         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3596                                         free_pages);
3597 }
3598
3599 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3600                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3601 {
3602         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3603
3604         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3605                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3606
3607         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3608                                                                 free_pages);
3609 }
3610
3611 #ifdef CONFIG_NUMA
3612 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3613 {
3614         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3615                                 node_reclaim_distance;
3616 }
3617 #else   /* CONFIG_NUMA */
3618 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3619 {
3620         return true;
3621 }
3622 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3623
3624 /*
3625  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3626  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3627  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3628  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3629  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3630  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3631  */
3632 static inline unsigned int
3633 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3634 {
3635         unsigned int alloc_flags;
3636
3637         /*
3638          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3639          * to save a branch.
3640          */
3641         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3642
3643 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3644         if (!zone)
3645                 return alloc_flags;
3646
3647         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3648                 return alloc_flags;
3649
3650         /*
3651          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3652          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3653          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3654          */
3655         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3656         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3657                 return alloc_flags;
3658
3659         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3660 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3661         return alloc_flags;
3662 }
3663
3664 /*
3665  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3666  * a page.
3667  */
3668 static struct page *
3669 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3670                                                 const struct alloc_context *ac)
3671 {
3672         struct zoneref *z;
3673         struct zone *zone;
3674         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3675         bool no_fallback;
3676
3677 retry:
3678         /*
3679          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3680          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3681          */
3682         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3683         z = ac->preferred_zoneref;
3684         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3685                                                                 ac->nodemask) {
3686                 struct page *page;
3687                 unsigned long mark;
3688
3689                 if (cpusets_enabled() &&
3690                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3691                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3692                                 continue;
3693                 /*
3694                  * When allocating a page cache page for writing, we
3695                  * want to get it from a node that is within its dirty
3696                  * limit, such that no single node holds more than its
3697                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3698                  * The dirty limits take into account the node's
3699                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3700                  * should be able to balance it without having to
3701                  * write pages from its LRU list.
3702                  *
3703                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3704                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3705                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3706                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3707                  * nodes are together not big enough to reach the
3708                  * global limit.  The proper fix for these situations
3709                  * will require awareness of nodes in the
3710                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3711                  */
3712                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3713                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3714                                 continue;
3715
3716                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3717                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3718                                 continue;
3719                         }
3720                 }
3721
3722                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3723                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3724                         int local_nid;
3725
3726                         /*
3727                          * If moving to a remote node, retry but allow
3728                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3729                          * than fragmentation avoidance.
3730                          */
3731                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3732                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3733                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3734                                 goto retry;
3735                         }
3736                 }
3737
3738                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3739                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3740                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3741                         int ret;
3742
3743 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3744                         /*
3745                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3746                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3747                          */
3748                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3749                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3750                                         goto try_this_zone;
3751                         }
3752 #endif
3753                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3754                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3755                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3756                                 goto try_this_zone;
3757
3758                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3759                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3760                                 continue;
3761
3762                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3763                         switch (ret) {
3764                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3765                                 /* did not scan */
3766                                 continue;
3767                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3768                                 /* scanned but unreclaimable */
3769                                 continue;
3770                         default:
3771                                 /* did we reclaim enough */
3772                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3773                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3774                                         goto try_this_zone;
3775
3776                                 continue;
3777                         }
3778                 }
3779
3780 try_this_zone:
3781                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3782                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3783                 if (page) {
3784                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3785
3786                         /*
3787                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3788                          * if the pageblock should be reserved for the future
3789                          */
3790                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3791                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3792
3793                         return page;
3794                 } else {
3795 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3796                         /* Try again if zone has deferred pages */
3797                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3798                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3799                                         goto try_this_zone;
3800                         }
3801 #endif
3802                 }
3803         }
3804
3805         /*
3806          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3807          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3808          */
3809         if (no_fallback) {
3810                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3811                 goto retry;
3812         }
3813
3814         return NULL;
3815 }
3816
3817 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3818 {
3819         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3820
3821         /*
3822          * This documents exceptions given to allocations in certain
3823          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3824          * of allowed nodes.
3825          */
3826         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3827                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3828                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3829                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3830         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3831                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3832
3833         show_mem(filter, nodemask);
3834 }
3835
3836 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3837 {
3838         struct va_format vaf;
3839         va_list args;
3840         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3841
3842         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3843                 return;
3844
3845         va_start(args, fmt);
3846         vaf.fmt = fmt;
3847         vaf.va = &args;
3848         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3849                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3850                         nodemask_pr_args(nodemask));
3851         va_end(args);
3852
3853         cpuset_print_current_mems_allowed();
3854         pr_cont("\n");
3855         dump_stack();
3856         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3857 }
3858
3859 static inline struct page *
3860 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3861                               unsigned int alloc_flags,
3862                               const struct alloc_context *ac)
3863 {
3864         struct page *page;
3865
3866         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3867                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3868         /*
3869          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3870          * are depleted
3871          */
3872         if (!page)
3873                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3874                                 alloc_flags, ac);
3875
3876         return page;
3877 }
3878
3879 static inline struct page *
3880 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3881         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3882 {
3883         struct oom_control oc = {
3884                 .zonelist = ac->zonelist,
3885                 .nodemask = ac->nodemask,
3886                 .memcg = NULL,
3887                 .gfp_mask = gfp_mask,
3888                 .order = order,
3889         };
3890         struct page *page;
3891
3892         *did_some_progress = 0;
3893
3894         /*
3895          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3896          * making progress for us.
3897          */
3898         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3899                 *did_some_progress = 1;
3900                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3901                 return NULL;
3902         }
3903
3904         /*
3905          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3906          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3907          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3908          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3909          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3910          */
3911         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3912                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3913                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3914         if (page)
3915                 goto out;
3916
3917         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3918         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3919                 goto out;
3920         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3921         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3922                 goto out;
3923         /*
3924          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3925          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3926          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3927          * fallback than shooting a random task.
3928          */
3929         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3930                 goto out;
3931         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3932         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3933                 goto out;
3934         if (pm_suspended_storage())
3935                 goto out;
3936         /*
3937          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3938          * other request to make a forward progress.
3939          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3940          * do much for this context but let's try it to at least get
3941          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3942          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3943          * failures more gracefully we should just bail out here.
3944          */
3945
3946         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3947         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3948                 goto out;
3949
3950         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3951         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3952                 *did_some_progress = 1;
3953
3954                 /*
3955                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3956                  * reserves
3957                  */
3958                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3959                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3960                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3961         }
3962 out:
3963         mutex_unlock(&oom_lock);
3964         return page;
3965 }
3966
3967 /*
3968  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3969  * killer is consider as the only way to move forward.
3970  */
3971 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3972
3973 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3974 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3975 static struct page *
3976 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3977                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3978                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3979 {
3980         struct page *page = NULL;
3981         unsigned long pflags;
3982         unsigned int noreclaim_flag;
3983
3984         if (!order)
3985                 return NULL;
3986
3987         psi_memstall_enter(&pflags);
3988         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3989
3990         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3991                                                                 prio, &page);
3992
3993         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3994         psi_memstall_leave(&pflags);
3995
3996         /*
3997          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3998          * count a compaction stall
3999          */
4000         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4001
4002         /* Prep a captured page if available */
4003         if (page)
4004                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4005
4006         /* Try get a page from the freelist if available */
4007         if (!page)
4008                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4009
4010         if (page) {
4011                 struct zone *zone = page_zone(page);
4012
4013                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4014                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4015                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4016                 return page;
4017         }
4018
4019         /*
4020          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4021          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4022          */
4023         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4024
4025         cond_resched();
4026
4027         return NULL;
4028 }
4029
4030 static inline bool
4031 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4032                      enum compact_result compact_result,
4033                      enum compact_priority *compact_priority,
4034                      int *compaction_retries)
4035 {
4036         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4037         int min_priority;
4038         bool ret = false;
4039         int retries = *compaction_retries;
4040         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4041
4042         if (!order)
4043                 return false;
4044
4045         if (compaction_made_progress(compact_result))
4046                 (*compaction_retries)++;
4047
4048         /*
4049          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4050          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4051          * failure could be caused by insufficient priority
4052          */
4053         if (compaction_failed(compact_result))
4054                 goto check_priority;
4055
4056         /*
4057          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4058          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4059          */
4060         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4061                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4062                 goto out;
4063         }
4064
4065         /*
4066          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4067          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4068          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4069          * we don't just keep bailing out endlessly.
4070          */
4071         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4072                 goto check_priority;
4073         }
4074
4075         /*
4076          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4077          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4078          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4079          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4080          * would need much more detailed feedback from compaction to
4081          * make a better decision.
4082          */
4083         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4084                 max_retries /= 4;
4085         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4086                 ret = true;
4087                 goto out;
4088         }
4089
4090         /*
4091          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4092          * all retries or failed at the lower priorities.
4093          */
4094 check_priority:
4095         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4096                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4097
4098         if (*compact_priority > min_priority) {
4099                 (*compact_priority)--;
4100                 *compaction_retries = 0;
4101                 ret = true;
4102         }
4103 out:
4104         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4105         return ret;
4106 }
4107 #else
4108 static inline struct page *
4109 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4110                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4111                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4112 {
4113         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4114         return NULL;
4115 }
4116
4117 static inline bool
4118 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4119                      enum compact_result compact_result,
4120                      enum compact_priority *compact_priority,
4121                      int *compaction_retries)
4122 {
4123         struct zone *zone;
4124         struct zoneref *z;
4125
4126         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4127                 return false;
4128
4129         /*
4130          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4131          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4132          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4133          * watermarks are OK.
4134          */
4135         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4136                                         ac->nodemask) {
4137                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4138                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
4139                         return true;
4140         }
4141         return false;
4142 }
4143 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4144
4145 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4146 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4147         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4148
4149 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4150 {
4151         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4152
4153         /* no reclaim without waiting on it */
4154         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4155                 return false;
4156
4157         /* this guy won't enter reclaim */
4158         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4159                 return false;
4160
4161         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4162         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4163                 return false;
4164
4165         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4166                 return false;
4167
4168         return true;
4169 }
4170
4171 void __fs_reclaim_acquire(void)
4172 {
4173         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4174 }
4175
4176 void __fs_reclaim_release(void)
4177 {
4178         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4179 }
4180
4181 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4182 {
4183         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4184                 __fs_reclaim_acquire();
4185 }
4186 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4187
4188 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4189 {
4190         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4191                 __fs_reclaim_release();
4192 }
4193 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4194 #endif
4195
4196 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4197 static int
4198 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4199                                         const struct alloc_context *ac)
4200 {
4201         int progress;
4202         unsigned int noreclaim_flag;
4203         unsigned long pflags;
4204
4205         cond_resched();
4206
4207         /* We now go into synchronous reclaim */
4208         cpuset_memory_pressure_bump();
4209         psi_memstall_enter(&pflags);
4210         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4211         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4212
4213         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4214                                                                 ac->nodemask);
4215
4216         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4217         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4218         psi_memstall_leave(&pflags);
4219
4220         cond_resched();
4221
4222         return progress;
4223 }
4224
4225 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4226 static inline struct page *
4227 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4228                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4229                 unsigned long *did_some_progress)
4230 {
4231         struct page *page = NULL;
4232         bool drained = false;
4233
4234         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4235         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4236                 return NULL;
4237
4238 retry:
4239         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4240
4241         /*
4242          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4243          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4244          * Shrink them them and try again
4245          */
4246         if (!page && !drained) {
4247                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4248                 drain_all_pages(NULL);
4249                 drained = true;
4250                 goto retry;
4251         }
4252
4253         return page;
4254 }
4255
4256 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4257                              const struct alloc_context *ac)
4258 {
4259         struct zoneref *z;
4260         struct zone *zone;
4261         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4262         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
4263
4264         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
4265                                         ac->nodemask) {
4266                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4267                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
4268                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4269         }
4270 }
4271
4272 static inline unsigned int
4273 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4274 {
4275         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4276
4277         /*
4278          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4279          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4280          * to save two branches.
4281          */
4282         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4283         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4284
4285         /*
4286          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4287          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4288          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4289          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4290          */
4291         alloc_flags |= (__force int)
4292                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4293
4294         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4295                 /*
4296                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4297                  * if it can't schedule.
4298                  */
4299                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4300                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4301                 /*
4302                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4303                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4304                  */
4305                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4306         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4307                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4308
4309 #ifdef CONFIG_CMA
4310         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4311                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4312 #endif
4313         return alloc_flags;
4314 }
4315
4316 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4317 {
4318         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4319                 return false;
4320
4321         /*
4322          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4323          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4324          */
4325         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4326                 return false;
4327
4328         return true;
4329 }
4330
4331 /*
4332  * Distinguish requests which really need access to full memory
4333  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4334  */
4335 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4336 {
4337         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4338                 return 0;
4339         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4340                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4341         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4342                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4343         if (!in_interrupt()) {
4344                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4345                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4346                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4347                         return ALLOC_OOM;
4348         }
4349
4350         return 0;
4351 }
4352
4353 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4354 {
4355         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4356 }
4357
4358 /*
4359  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4360  * for the given allocation request.
4361  *
4362  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4363  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4364  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4365  *
4366  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4367  */
4368 static inline bool
4369 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4370                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4371                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4372 {
4373         struct zone *zone;
4374         struct zoneref *z;
4375         bool ret = false;
4376
4377         /*
4378          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4379          * their order will become available due to high fragmentation so
4380          * always increment the no progress counter for them
4381          */
4382         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4383                 *no_progress_loops = 0;
4384         else
4385                 (*no_progress_loops)++;
4386
4387         /*
4388          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4389          * several times in the row.
4390          */
4391         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4392                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4393                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4394         }
4395
4396         /*
4397          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4398          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4399          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4400          * screwed and have to go OOM.
4401          */
4402         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4403                                         ac->nodemask) {
4404                 unsigned long available;
4405                 unsigned long reclaimable;
4406                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4407                 bool wmark;
4408
4409                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4410                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4411
4412                 /*
4413                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4414                  * reclaimable pages?
4415                  */
4416                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4417                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
4418                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4419                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4420                 if (wmark) {
4421                         /*
4422                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4423                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4424                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4425                          * prevent from pre mature OOM
4426                          */
4427                         if (!did_some_progress) {
4428                                 unsigned long write_pending;
4429
4430                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4431                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4432
4433                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4434                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4435                                         return true;
4436                                 }
4437                         }
4438
4439                         ret = true;
4440                         goto out;
4441                 }
4442         }
4443
4444 out:
4445         /*
4446          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4447          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4448          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4449          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4450          * here rather than calling cond_resched().
4451          */
4452         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4453                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4454         else
4455                 cond_resched();
4456         return ret;
4457 }
4458
4459 static inline bool
4460 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4461 {
4462         /*
4463          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4464          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4465          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4466          * such a way the check therein was true, and then it became false
4467          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4468          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4469          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4470          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4471          * caller can deal with a violated nodemask.
4472          */
4473         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4474                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4475                 ac->nodemask = NULL;
4476                 return true;
4477         }
4478
4479         /*
4480          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4481          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4482          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4483          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4484          * retry.
4485          */
4486         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4487                 return true;
4488
4489         return false;
4490 }
4491
4492 static inline struct page *
4493 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4494                                                 struct alloc_context *ac)
4495 {
4496         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4497         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4498         struct page *page = NULL;
4499         unsigned int alloc_flags;
4500         unsigned long did_some_progress;
4501         enum compact_priority compact_priority;
4502         enum compact_result compact_result;
4503         int compaction_retries;
4504         int no_progress_loops;
4505         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4506         int reserve_flags;
4507
4508         /*
4509          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4510          * callers that are not in atomic context.
4511          */
4512         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4513                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4514                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4515
4516 retry_cpuset:
4517         compaction_retries = 0;
4518         no_progress_loops = 0;
4519         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4520         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4521
4522         /*
4523          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4524          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4525          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4526          */
4527         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4528
4529         /*
4530          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4531          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4532          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4533          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4534          */
4535         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4536                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4537         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4538                 goto nopage;
4539
4540         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4541                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4542
4543         /*
4544          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4545          * that first
4546          */
4547         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4548         if (page)
4549                 goto got_pg;
4550
4551         /*
4552          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4553          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4554          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4555          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4556          * same migratetype.
4557          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4558          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4559          */
4560         if (can_direct_reclaim &&
4561                         (costly_order ||
4562                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4563                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4564                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4565                                                 alloc_flags, ac,
4566                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4567                                                 &compact_result);
4568                 if (page)
4569                         goto got_pg;
4570
4571                 /*
4572                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4573                  * includes some THP page fault allocations
4574                  */
4575                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4576                         /*
4577                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4578                          * failed because all zones are below low watermarks
4579                          * or is prohibited because it recently failed at this
4580                          * order, fail immediately unless the allocator has
4581                          * requested compaction and reclaim retry.
4582                          *
4583                          * Reclaim is
4584                          *  - potentially very expensive because zones are far
4585                          *    below their low watermarks or this is part of very
4586                          *    bursty high order allocations,
4587                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4588                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4589                          *    linear scan, and
4590                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4591                          *    own.
4592                          */
4593                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4594                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4595                                 goto nopage;
4596
4597                         /*
4598                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4599                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4600                          * using async compaction.
4601                          */
4602                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4603                 }
4604         }
4605
4606 retry:
4607         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4608         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4609                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4610
4611         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4612         if (reserve_flags)
4613                 alloc_flags = reserve_flags;
4614
4615         /*
4616          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4617          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4618          * user oriented.
4619          */
4620         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4621                 ac->nodemask = NULL;
4622                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4623                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4624         }
4625
4626         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4627         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4628         if (page)
4629                 goto got_pg;
4630
4631         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4632         if (!can_direct_reclaim)
4633                 goto nopage;
4634
4635         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4636         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4637                 goto nopage;
4638
4639         /* Try direct reclaim and then allocating */
4640         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4641                                                         &did_some_progress);
4642         if (page)
4643                 goto got_pg;
4644
4645         /* Try direct compaction and then allocating */
4646         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4647                                         compact_priority, &compact_result);
4648         if (page)
4649                 goto got_pg;
4650
4651         /* Do not loop if specifically requested */
4652         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4653                 goto nopage;
4654
4655         /*
4656          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4657          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4658          */
4659         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4660                 goto nopage;
4661
4662         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4663                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4664                 goto retry;
4665
4666         /*
4667          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4668          * reclaim is not able to make any progress because the current
4669          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4670          * of free memory (see __compaction_suitable)
4671          */
4672         if (did_some_progress > 0 &&
4673                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4674                                 compact_result, &compact_priority,
4675                                 &compaction_retries))
4676                 goto retry;
4677
4678
4679         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4680         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4681                 goto retry_cpuset;
4682
4683         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4684         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4685         if (page)
4686                 goto got_pg;
4687
4688         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4689         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4690             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4691              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4692                 goto nopage;
4693
4694         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4695         if (did_some_progress) {
4696                 no_progress_loops = 0;
4697                 goto retry;
4698         }
4699
4700 nopage:
4701         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4702         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4703                 goto retry_cpuset;
4704
4705         /*
4706          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4707          * we always retry
4708          */
4709         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4710                 /*
4711                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4712                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4713                  */
4714                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4715                         goto fail;
4716
4717                 /*
4718                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4719                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4720                  * for somebody to do a work for us
4721                  */
4722                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4723
4724                 /*
4725                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4726                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4727                  * so that we can identify them and convert them to something
4728                  * else.
4729                  */
4730                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4731
4732                 /*
4733                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4734                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4735                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4736                  * the situation worse
4737                  */
4738                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4739                 if (page)
4740                         goto got_pg;
4741
4742                 cond_resched();
4743                 goto retry;
4744         }
4745 fail:
4746         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4747                         "page allocation failure: order:%u", order);
4748 got_pg:
4749         return page;
4750 }
4751
4752 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4753                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4754                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4755                 unsigned int *alloc_flags)
4756 {
4757         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4758         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4759         ac->nodemask = nodemask;
4760         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4761
4762         if (cpusets_enabled()) {
4763                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4764                 if (!ac->nodemask)
4765                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4766                 else
4767                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4768         }
4769
4770         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4771         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4772
4773         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4774
4775         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4776                 return false;
4777
4778         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4779                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4780
4781         return true;
4782 }
4783
4784 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4785 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4786 {
4787         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4788         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4789
4790         /*
4791          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4792          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4793          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4794          */
4795         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4796                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4797 }
4798
4799 /*
4800  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4801  */
4802 struct page *
4803 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4804                                                         nodemask_t *nodemask)
4805 {
4806         struct page *page;
4807         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4808         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4809         struct alloc_context ac = { };
4810
4811         /*
4812          * There are several places where we assume that the order value is sane
4813          * so bail out early if the request is out of bound.
4814          */
4815         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4816                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4817                 return NULL;
4818         }
4819
4820         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4821         alloc_mask = gfp_mask;
4822         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4823                 return NULL;
4824
4825         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4826
4827         /*
4828          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4829          * memory until all local zones are considered.
4830          */
4831         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4832
4833         /* First allocation attempt */
4834         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4835         if (likely(page))
4836                 goto out;
4837
4838         /*
4839          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4840          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4841          * from a particular context which has been marked by
4842          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4843          */
4844         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4845         ac.spread_dirty_pages = false;
4846
4847         /*
4848          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4849          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4850          */
4851         ac.nodemask = nodemask;
4852
4853         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4854
4855 out:
4856         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4857             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4858                 __free_pages(page, order);
4859                 page = NULL;
4860         }
4861
4862         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4863
4864         return page;
4865 }
4866 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4867
4868 /*
4869  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4870  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4871  * you need to access high mem.
4872  */
4873 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4874 {
4875         struct page *page;
4876
4877         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4878         if (!page)
4879                 return 0;
4880         return (unsigned long) page_address(page);
4881 }
4882 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4883
4884 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4885 {
4886         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4887 }
4888 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4889
4890 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4891 {
4892         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4893                 free_unref_page(page);
4894         else
4895                 __free_pages_ok(page, order);
4896 }
4897
4898 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4899 {
4900         if (put_page_testzero(page))
4901                 free_the_page(page, order);
4902 }
4903 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4904
4905 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4906 {
4907         if (addr != 0) {
4908                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4909                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4910         }
4911 }
4912
4913 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4914
4915 /*
4916  * Page Fragment:
4917  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4918  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4919  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4920  *
4921  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4922  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4923  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4924  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4925  */
4926 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4927                                              gfp_t gfp_mask)
4928 {
4929         struct page *page = NULL;
4930         gfp_t gfp = gfp_mask;
4931
4932 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4933         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4934                     __GFP_NOMEMALLOC;
4935         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4936                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4937         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4938 #endif
4939         if (unlikely(!page))
4940                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4941
4942         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4943
4944         return page;
4945 }
4946
4947 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4948 {
4949         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4950
4951         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4952                 free_the_page(page, compound_order(page));
4953 }
4954 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4955
4956 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4957                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4958 {
4959         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4960         struct page *page;
4961         int offset;
4962
4963         if (unlikely(!nc->va)) {
4964 refill:
4965                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4966                 if (!page)
4967                         return NULL;
4968
4969 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4970                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4971                 size = nc->size;
4972 #endif
4973                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4974                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4975                  */
4976                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4977
4978                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4979                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4980                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4981                 nc->offset = size;
4982         }
4983
4984         offset = nc->offset - fragsz;
4985         if (unlikely(offset < 0)) {
4986                 page = virt_to_page(nc->va);
4987
4988                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4989                         goto refill;
4990
4991 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4992                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4993                 size = nc->size;
4994 #endif
4995                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4996                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4997
4998                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4999                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5000                 offset = size - fragsz;
5001         }
5002
5003         nc->pagecnt_bias--;
5004         nc->offset = offset;
5005
5006         return nc->va + offset;
5007 }
5008 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
5009
5010 /*
5011  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5012  */
5013 void page_frag_free(void *addr)
5014 {
5015         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5016
5017         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5018                 free_the_page(page, compound_order(page));
5019 }
5020 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5021
5022 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5023                 size_t size)
5024 {
5025         if (addr) {
5026                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5027                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5028
5029                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5030                 while (used < alloc_end) {
5031                         free_page(used);
5032                         used += PAGE_SIZE;
5033                 }
5034         }
5035         return (void *)addr;
5036 }
5037
5038 /**
5039  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5040  * @size: the number of bytes to allocate
5041  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5042  *
5043  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5044  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5045  * allocate memory in power-of-two pages.
5046  *
5047  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5048  *
5049  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5050  *
5051  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5052  */
5053 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5054 {
5055         unsigned int order = get_order(size);
5056         unsigned long addr;
5057
5058         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5059                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5060
5061         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5062         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5063 }
5064 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5065
5066 /**
5067  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5068  *                         pages on a node.
5069  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5070  * @size: the number of bytes to allocate
5071  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5072  *
5073  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5074  * back.
5075  *
5076  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5077  */
5078 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5079 {
5080         unsigned int order = get_order(size);
5081         struct page *p;
5082
5083         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5084                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5085
5086         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5087         if (!p)
5088                 return NULL;
5089         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5090 }
5091
5092 /**
5093  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5094  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5095  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5096  *
5097  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5098  */
5099 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5100 {
5101         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5102         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5103
5104         while (addr < end) {
5105                 free_page(addr);
5106                 addr += PAGE_SIZE;
5107         }
5108 }
5109 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5110
5111 /**
5112  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5113  * @offset: The zone index of the highest zone
5114  *
5115  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5116  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5117  * zone, the number of pages is calculated as:
5118  *
5119  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5120  *
5121  * Return: number of pages beyond high watermark.
5122  */
5123 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5124 {
5125         struct zoneref *z;
5126         struct zone *zone;
5127
5128         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5129         unsigned long sum = 0;
5130
5131         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5132
5133         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5134                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5135                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5136                 if (size > high)
5137                         sum += size - high;
5138         }
5139
5140         return sum;
5141 }
5142
5143 /**
5144  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5145  *
5146  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5147  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5148  *
5149  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5150  * ZONE_NORMAL.
5151  */
5152 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5153 {
5154         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5155 }
5156 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5157
5158 /**
5159  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
5160  *
5161  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
5162  * high watermark within all zones.
5163  *
5164  * Return: number of pages beyond high watermark within all zones.
5165  */
5166 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
5167 {
5168         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5169 }
5170
5171 static inline void show_node(struct zone *zone)
5172 {
5173         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5174                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5175 }
5176
5177 long si_mem_available(void)
5178 {
5179         long available;
5180         unsigned long pagecache;
5181         unsigned long wmark_low = 0;
5182         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5183         unsigned long reclaimable;
5184         struct zone *zone;
5185         int lru;
5186
5187         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5188                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5189
5190         for_each_zone(zone)
5191                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5192
5193         /*
5194          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5195          * without causing swapping.
5196          */
5197         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5198
5199         /*
5200          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5201          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5202          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5203          */
5204         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5205         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5206         available += pagecache;
5207
5208         /*
5209          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5210          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5211          * low watermark.
5212          */
5213         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
5214                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5215         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5216
5217         if (available < 0)
5218                 available = 0;
5219         return available;
5220 }
5221 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5222
5223 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5224 {
5225         val->totalram = totalram_pages();
5226         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5227         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5228         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5229         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5230         val->freehigh = nr_free_highpages();
5231         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5232 }
5233
5234 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5235
5236 #ifdef CONFIG_NUMA
5237 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5238 {
5239         int zone_type;          /* needs to be signed */
5240         unsigned long managed_pages = 0;
5241         unsigned long managed_highpages = 0;
5242         unsigned long free_highpages = 0;
5243         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5244
5245         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5246                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5247         val->totalram = managed_pages;
5248         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5249         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5250 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5251         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5252                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5253
5254                 if (is_highmem(zone)) {
5255                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5256                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5257                 }
5258         }
5259         val->totalhigh = managed_highpages;
5260         val->freehigh = free_highpages;
5261 #else
5262         val->totalhigh = managed_highpages;
5263         val->freehigh = free_highpages;
5264 #endif
5265         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5266 }
5267 #endif
5268
5269 /*
5270  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5271  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5272  */
5273 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5274 {
5275         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5276                 return false;
5277
5278         /*
5279          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5280          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5281          * have to be precise here.
5282          */
5283         if (!nodemask)
5284                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5285
5286         return !node_isset(nid, *nodemask);
5287 }
5288
5289 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5290
5291 static void show_migration_types(unsigned char type)
5292 {
5293         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5294                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5295                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5296                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5297                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5298 #ifdef CONFIG_CMA
5299                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5300 #endif
5301 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5302                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5303 #endif
5304         };
5305         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5306         char *p = tmp;
5307         int i;
5308
5309         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5310                 if (type & (1 << i))
5311                         *p++ = types[i];
5312         }
5313
5314         *p = '\0';
5315         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5316 }
5317
5318 /*
5319  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5320  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5321  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5322  *
5323  * Bits in @filter:
5324  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5325  *   cpuset.
5326  */
5327 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5328 {
5329         unsigned long free_pcp = 0;
5330         int cpu;
5331         struct zone *zone;
5332         pg_data_t *pgdat;
5333
5334         for_each_populated_zone(zone) {
5335                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5336                         continue;
5337
5338                 for_each_online_cpu(cpu)
5339                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5340         }
5341
5342         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5343                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5344                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5345                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5346                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5347                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5348                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5349                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5350                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5351                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5352                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5353                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5354                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5355                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5356                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5357                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
5358                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
5359                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5360                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5361                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5362                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5363                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5364                 free_pcp,
5365                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5366
5367         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5368                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5369                         continue;
5370
5371                 printk("Node %d"
5372                         " active_anon:%lukB"
5373                         " inactive_anon:%lukB"
5374                         " active_file:%lukB"
5375                         " inactive_file:%lukB"
5376                         " unevictable:%lukB"
5377                         " isolated(anon):%lukB"
5378                         " isolated(file):%lukB"
5379                         " mapped:%lukB"
5380                         " dirty:%lukB"
5381                         " writeback:%lukB"
5382                         " shmem:%lukB"
5383 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5384                         " shmem_thp: %lukB"
5385                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5386                         " anon_thp: %lukB"
5387 #endif
5388                         " writeback_tmp:%lukB"
5389                         " all_unreclaimable? %s"
5390                         "\n",
5391                         pgdat->node_id,
5392                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5393                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5394                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5395                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5396                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5397                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5398                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5399                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5400                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5401                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5402                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5403 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5404                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5405                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5406                                         * HPAGE_PMD_NR),
5407                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5408 #endif
5409                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5410                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5411                                 "yes" : "no");
5412         }
5413
5414         for_each_populated_zone(zone) {
5415                 int i;
5416
5417                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5418                         continue;
5419
5420                 free_pcp = 0;
5421                 for_each_online_cpu(cpu)
5422                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5423
5424                 show_node(zone);
5425                 printk(KERN_CONT
5426                         "%s"
5427                         " free:%lukB"
5428                         " min:%lukB"
5429                         " low:%lukB"
5430                         " high:%lukB"
5431                         " reserved_highatomic:%luKB"
5432                         " active_anon:%lukB"
5433                         " inactive_anon:%lukB"
5434                         " active_file:%lukB"
5435                         " inactive_file:%lukB"
5436                         " unevictable:%lukB"
5437                         " writepending:%lukB"
5438                         " present:%lukB"
5439                         " managed:%lukB"
5440                         " mlocked:%lukB"
5441                         " kernel_stack:%lukB"
5442 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5443                         " shadow_call_stack:%lukB"
5444 #endif
5445                         " pagetables:%lukB"
5446                         " bounce:%lukB"
5447                         " free_pcp:%lukB"
5448                         " local_pcp:%ukB"
5449                         " free_cma:%lukB"
5450                         "\n",
5451                         zone->name,
5452                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5453                         K(min_wmark_pages(zone)),
5454                         K(low_wmark_pages(zone)),
5455                         K(high_wmark_pages(zone)),
5456                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5457                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5458                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5459                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5460                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5461                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5462                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5463                         K(zone->present_pages),
5464                         K(zone_managed_pages(zone)),
5465                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5466                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5467 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5468                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_SCS_KB),
5469 #endif
5470                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5471                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5472                         K(free_pcp),
5473                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5474                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5475                 printk("lowmem_reserve[]:");
5476                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5477                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5478                 printk(KERN_CONT "\n");
5479         }
5480
5481         for_each_populated_zone(zone) {
5482                 unsigned int order;
5483                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5484                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5485
5486                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5487                         continue;
5488                 show_node(zone);
5489                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5490
5491                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5492                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5493                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5494                         int type;
5495
5496                         nr[order] = area->nr_free;
5497                         total += nr[order] << order;
5498
5499                         types[order] = 0;
5500                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5501                                 if (!free_area_empty(area, type))
5502                                         types[order] |= 1 << type;
5503                         }
5504                 }
5505                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5506                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5507                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5508                                nr[order], K(1UL) << order);
5509                         if (nr[order])
5510                                 show_migration_types(types[order]);
5511                 }
5512                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5513         }
5514
5515         hugetlb_show_meminfo();
5516
5517         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5518
5519         show_swap_cache_info();
5520 }
5521
5522 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5523 {
5524         zoneref->zone = zone;
5525         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5526 }
5527
5528 /*
5529  * Builds allocation fallback zone lists.
5530  *
5531  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5532  */
5533 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5534 {
5535         struct zone *zone;
5536         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5537         int nr_zones = 0;
5538
5539         do {
5540                 zone_type--;
5541                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5542                 if (managed_zone(zone)) {
5543                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5544                         check_highest_zone(zone_type);
5545                 }
5546         } while (zone_type);
5547
5548         return nr_zones;
5549 }
5550
5551 #ifdef CONFIG_NUMA
5552
5553 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5554 {
5555         /*
5556          * We used to support different zonlists modes but they turned
5557          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5558          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5559          * not fail it silently
5560          */
5561         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5562                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5563                 return -EINVAL;
5564         }
5565         return 0;
5566 }
5567
5568 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5569 {
5570         if (!s)
5571                 return 0;
5572
5573         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5574 }
5575 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5576
5577 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5578
5579 /*
5580  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5581  */
5582 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5583                 void __user *buffer, size_t *length,
5584                 loff_t *ppos)
5585 {
5586         char *str;
5587         int ret;
5588
5589         if (!write)
5590                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5591         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5592         if (IS_ERR(str))
5593                 return PTR_ERR(str);
5594
5595         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5596         kfree(str);
5597         return ret;
5598 }
5599
5600
5601 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5602 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5603
5604 /**
5605  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5606  * @node: node whose fallback list we're appending
5607  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5608  *
5609  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5610  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5611  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5612  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5613  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5614  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5615  * on them otherwise.
5616  *
5617  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5618  */
5619 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5620 {
5621         int n, val;
5622         int min_val = INT_MAX;
5623         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5624         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5625
5626         /* Use the local node if we haven't already */
5627         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5628                 node_set(node, *used_node_mask);
5629                 return node;
5630         }
5631
5632         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5633
5634                 /* Don't want a node to appear more than once */
5635                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5636                         continue;
5637
5638                 /* Use the distance array to find the distance */
5639                 val = node_distance(node, n);
5640
5641                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5642                 val += (n < node);
5643
5644                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5645                 tmp = cpumask_of_node(n);
5646                 if (!cpumask_empty(tmp))
5647                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5648
5649                 /* Slight preference for less loaded node */
5650                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5651                 val += node_load[n];
5652
5653                 if (val < min_val) {
5654                         min_val = val;
5655                         best_node = n;
5656                 }
5657         }
5658
5659         if (best_node >= 0)
5660                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5661
5662         return best_node;
5663 }
5664
5665
5666 /*
5667  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5668  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5669  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5670  */
5671 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5672                 unsigned nr_nodes)
5673 {
5674         struct zoneref *zonerefs;
5675         int i;
5676
5677         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5678
5679         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5680                 int nr_zones;
5681
5682                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5683
5684                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5685                 zonerefs += nr_zones;
5686         }
5687         zonerefs->zone = NULL;
5688         zonerefs->zone_idx = 0;
5689 }
5690
5691 /*
5692  * Build gfp_thisnode zonelists
5693  */
5694 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5695 {
5696         struct zoneref *zonerefs;
5697         int nr_zones;
5698
5699         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5700         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5701         zonerefs += nr_zones;
5702         zonerefs->zone = NULL;
5703         zonerefs->zone_idx = 0;
5704 }
5705
5706 /*
5707  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5708  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5709  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5710  * may still exist in local DMA zone.
5711  */
5712
5713 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5714 {
5715         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5716         int node, load, nr_nodes = 0;
5717         nodemask_t used_mask;
5718         int local_node, prev_node;
5719
5720         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5721         local_node = pgdat->node_id;
5722         load = nr_online_nodes;
5723         prev_node = local_node;
5724         nodes_clear(used_mask);
5725
5726         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5727         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5728                 /*
5729                  * We don't want to pressure a particular node.
5730                  * So adding penalty to the first node in same
5731                  * distance group to make it round-robin.
5732                  */
5733                 if (node_distance(local_node, node) !=
5734                     node_distance(local_node, prev_node))
5735                         node_load[node] = load;
5736
5737                 node_order[nr_nodes++] = node;
5738                 prev_node = node;
5739                 load--;
5740         }
5741
5742         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5743         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5744 }
5745
5746 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5747 /*
5748  * Return node id of node used for "local" allocations.
5749  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5750  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5751  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5752  */
5753 int local_memory_node(int node)
5754 {
5755         struct zoneref *z;
5756
5757         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5758                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5759                                    NULL);
5760         return zone_to_nid(z->zone);
5761 }
5762 #endif
5763
5764 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5765 static void setup_min_slab_ratio(void);
5766 #else   /* CONFIG_NUMA */
5767
5768 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5769 {
5770         int node, local_node;
5771         struct zoneref *zonerefs;
5772         int nr_zones;
5773
5774         local_node = pgdat->node_id;
5775
5776         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5777         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5778         zonerefs += nr_zones;
5779
5780         /*
5781          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5782          * of all the other nodes.
5783          * We don't want to pressure a particular node, so when
5784          * building the zones for node N, we make sure that the
5785          * zones coming right after the local ones are those from
5786          * node N+1 (modulo N)
5787          */
5788         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5789                 if (!node_online(node))
5790                         continue;
5791                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5792                 zonerefs += nr_zones;
5793         }
5794         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5795                 if (!node_online(node))
5796                         continue;
5797                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5798                 zonerefs += nr_zones;
5799         }
5800
5801         zonerefs->zone = NULL;
5802         zonerefs->zone_idx = 0;
5803 }
5804
5805 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5806
5807 /*
5808  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5809  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5810  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5811  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5812  * with interrupts disabled.
5813  *
5814  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5815  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5816  * hotplugged processors.
5817  *
5818  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5819  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5820  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5821  */
5822 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5823 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5824 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5825
5826 static void __build_all_zonelists(void *data)
5827 {
5828         int nid;
5829         int __maybe_unused cpu;
5830         pg_data_t *self = data;
5831         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5832
5833         spin_lock(&lock);
5834
5835 #ifdef CONFIG_NUMA
5836         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5837 #endif
5838
5839         /*
5840          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5841          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5842          */
5843         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5844                 build_zonelists(self);
5845         } else {
5846                 for_each_online_node(nid) {
5847                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5848
5849                         build_zonelists(pgdat);
5850                 }
5851
5852 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5853                 /*
5854                  * We now know the "local memory node" for each node--
5855                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5856                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5857                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5858                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5859                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5860                  */
5861                 for_each_online_cpu(cpu)
5862                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5863 #endif
5864         }
5865
5866         spin_unlock(&lock);
5867 }
5868
5869 static noinline void __init
5870 build_all_zonelists_init(void)
5871 {
5872         int cpu;
5873
5874         __build_all_zonelists(NULL);
5875
5876         /*
5877          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5878          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5879          * each zone will be allocated later when the per cpu
5880          * allocator is available.
5881          *
5882          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5883          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5884          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5885          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5886          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5887          * (a chicken-egg dilemma).
5888          */
5889         for_each_possible_cpu(cpu)
5890                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5891
5892         mminit_verify_zonelist();
5893         cpuset_init_current_mems_allowed();
5894 }
5895
5896 /*
5897  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5898  *
5899  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5900  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5901  */
5902 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5903 {
5904         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5905                 build_all_zonelists_init();
5906         } else {
5907                 __build_all_zonelists(pgdat);
5908                 /* cpuset refresh routine should be here */
5909         }
5910         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5911         /*
5912          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5913          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5914          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5915          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5916          * disabled and enable it later
5917          */
5918         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5919                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5920         else
5921                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5922
5923         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5924                 nr_online_nodes,
5925                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5926                 vm_total_pages);
5927 #ifdef CONFIG_NUMA
5928         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5929 #endif
5930 }
5931
5932 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5933 static bool __meminit
5934 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5935 {
5936         static struct memblock_region *r;
5937
5938         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5939                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5940                         for_each_memblock(memory, r) {
5941                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5942                                         break;
5943                         }
5944                 }
5945                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5946                     memblock_is_mirror(r)) {
5947                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5948                         return true;
5949                 }
5950         }
5951         return false;
5952 }
5953
5954 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
5955 /* Skip PFNs that belong to non-present sections */
5956 static inline __meminit unsigned long next_pfn(unsigned long pfn)
5957 {
5958         const unsigned long section_nr = pfn_to_section_nr(++pfn);
5959
5960         if (present_section_nr(section_nr))
5961                 return pfn;
5962         return section_nr_to_pfn(next_present_section_nr(section_nr));
5963 }
5964 #else
5965 static inline __meminit unsigned long next_pfn(unsigned long pfn)
5966 {
5967         return pfn++;
5968 }
5969 #endif
5970
5971 /*
5972  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5973  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5974  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5975  */
5976 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5977                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5978                 struct vmem_altmap *altmap)
5979 {
5980         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5981         struct page *page;
5982
5983         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5984                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5985
5986 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5987         /*
5988          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5989          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5990          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5991          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5992          * the hotplug lock.
5993          */
5994         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5995                 if (!altmap)
5996                         return;
5997
5998                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5999                         start_pfn += altmap->reserve;
6000                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6001         }
6002 #endif
6003
6004         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6005                 /*
6006                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6007                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6008                  */
6009                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
6010                         if (!early_pfn_valid(pfn)) {
6011                                 pfn = next_pfn(pfn);
6012                                 continue;
6013                         }
6014                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid)) {
6015                                 pfn++;
6016                                 continue;
6017                         }
6018                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6019                                 continue;
6020                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
6021                                 break;
6022                 }
6023
6024                 page = pfn_to_page(pfn);
6025                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6026                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
6027                         __SetPageReserved(page);
6028
6029                 /*
6030                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6031                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6032                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6033                  * the address space during boot when many long-lived
6034                  * kernel allocations are made.
6035                  *
6036                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6037                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6038                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6039                  * pfn out of zone.
6040                  */
6041                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6042                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6043                         cond_resched();
6044                 }
6045                 pfn++;
6046         }
6047 }
6048
6049 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6050 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6051                                    unsigned long start_pfn,
6052                                    unsigned long nr_pages,
6053                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6054 {
6055         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6056         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6057         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6058         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6059         unsigned long start = jiffies;
6060         int nid = pgdat->node_id;
6061
6062         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6063                 return;
6064
6065         /*
6066          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
6067          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6068          * the end of that region and start processing the device pages.
6069          */
6070         if (altmap) {
6071                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6072                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6073         }
6074
6075         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6076                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6077
6078                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6079
6080                 /*
6081                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6082                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6083                  *
6084                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6085                  * the flag as we are still initializing the pages.
6086                  */
6087                 __SetPageReserved(page);
6088
6089                 /*
6090                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6091                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6092                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6093                  */
6094                 page->pgmap = pgmap;
6095                 page->zone_device_data = NULL;
6096
6097                 /*
6098                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6099                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6100                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6101                  * the address space during boot when many long-lived
6102                  * kernel allocations are made.
6103                  *
6104                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6105                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6106                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6107                  * pfn out of zone.
6108                  *
6109                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6110                  * because this is done early in section_activate()
6111                  */
6112                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6113                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6114                         cond_resched();
6115                 }
6116         }
6117
6118         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6119                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6120 }
6121
6122 #endif
6123 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6124 {
6125         unsigned int order, t;
6126         for_each_migratetype_order(order, t) {
6127                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6128                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6129         }
6130 }
6131
6132 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6133                                   unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
6134 {
6135         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, MEMMAP_EARLY, NULL);
6136 }
6137
6138 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6139 {
6140 #ifdef CONFIG_MMU
6141         int batch;
6142
6143         /*
6144          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6145          * size of the zone.
6146          */
6147         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6148         /* But no more than a meg. */
6149         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6150                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6151         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6152         if (batch < 1)
6153                 batch = 1;
6154
6155         /*
6156          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6157          * of 2 value was found to be more likely to have
6158          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6159          *
6160          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6161          * batches of pages, one task can end up with a lot
6162          * of pages of one half of the possible page colors
6163          * and the other with pages of the other colors.
6164          */
6165         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6166
6167         return batch;
6168
6169 #else
6170         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6171          * conditions.
6172          *
6173          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6174          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6175          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6176          *
6177          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6178          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6179          * can be a significant delay between the individual batches being
6180          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6181          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6182          */
6183         return 0;
6184 #endif
6185 }
6186
6187 /*
6188  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6189  * ->batch must never be higher then ->high.
6190  * The following function updates them in a safe manner without read side
6191  * locking.
6192  *
6193  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6194  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
6195  *
6196  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6197  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6198  * exist).
6199  */
6200 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6201                 unsigned long batch)
6202 {
6203        /* start with a fail safe value for batch */
6204         pcp->batch = 1;
6205         smp_wmb();
6206
6207        /* Update high, then batch, in order */
6208         pcp->high = high;
6209         smp_wmb();
6210
6211         pcp->batch = batch;
6212 }
6213
6214 /* a companion to pageset_set_high() */
6215 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6216 {
6217         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6218 }
6219
6220 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6221 {
6222         struct per_cpu_pages *pcp;
6223         int migratetype;
6224
6225         memset(p, 0, sizeof(*p));
6226
6227         pcp = &p->pcp;
6228         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6229                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6230 }
6231
6232 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6233 {
6234         pageset_init(p);
6235         pageset_set_batch(p, batch);
6236 }
6237
6238 /*
6239  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6240  * to the value high for the pageset p.
6241  */
6242 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6243                                 unsigned long high)
6244 {
6245         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6246         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6247                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6248
6249         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6250 }
6251
6252 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6253                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6254 {
6255         if (percpu_pagelist_fraction)
6256                 pageset_set_high(pcp,
6257                         (zone_managed_pages(zone) /
6258                                 percpu_pagelist_fraction));
6259         else
6260                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6261 }
6262
6263 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6264 {
6265         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6266
6267         pageset_init(pcp);
6268         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6269 }
6270
6271 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6272 {
6273         int cpu;
6274         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6275         for_each_possible_cpu(cpu)
6276                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6277 }
6278
6279 /*
6280  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6281  * Before this call only boot pagesets were available.
6282  */
6283 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6284 {
6285         struct pglist_data *pgdat;
6286         struct zone *zone;
6287
6288         for_each_populated_zone(zone)
6289                 setup_zone_pageset(zone);
6290
6291         for_each_online_pgdat(pgdat)
6292                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6293                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6294 }
6295
6296 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6297 {
6298         /*
6299          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6300          * relies on the ability of the linker to provide the
6301          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6302          */
6303         zone->pageset = &boot_pageset;
6304
6305         if (populated_zone(zone))
6306                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6307                         zone->name, zone->present_pages,
6308                                          zone_batchsize(zone));
6309 }
6310
6311 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6312                                         unsigned long zone_start_pfn,
6313                                         unsigned long size)
6314 {
6315         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6316         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6317
6318         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6319                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6320
6321         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6322
6323         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6324                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6325                         pgdat->node_id,
6326                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6327                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6328
6329         zone_init_free_lists(zone);
6330         zone->initialized = 1;
6331 }
6332
6333 /**
6334  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
6335  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
6336  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
6337  *
6338  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
6339  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
6340  * memblock_free_early_nid() manually.
6341  */
6342 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
6343 {
6344         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6345         int i, this_nid;
6346
6347         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
6348                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
6349                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
6350
6351                 if (start_pfn < end_pfn)
6352                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
6353                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
6354                                         this_nid);
6355         }
6356 }
6357
6358 /**
6359  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
6360  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
6361  *
6362  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
6363  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
6364  */
6365 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
6366 {
6367         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6368         int i, this_nid;
6369
6370         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
6371                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
6372 }
6373
6374 /**
6375  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6376  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6377  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6378  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6379  *
6380  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6381  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6382  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6383  * PFNs will be 0.
6384  */
6385 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6386                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6387 {
6388         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6389         int i;
6390
6391         *start_pfn = -1UL;
6392         *end_pfn = 0;
6393
6394         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6395                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6396                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6397         }
6398
6399         if (*start_pfn == -1UL)
6400                 *start_pfn = 0;
6401 }
6402
6403 /*
6404  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6405  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6406  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6407  */
6408 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6409 {
6410         int zone_index;
6411         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6412                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6413                         continue;
6414
6415                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6416                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6417                         break;
6418         }
6419
6420         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6421         movable_zone = zone_index;
6422 }
6423
6424 /*
6425  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6426  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6427  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6428  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6429  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6430  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6431  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6432  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6433  */
6434 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6435                                         unsigned long zone_type,
6436                                         unsigned long node_start_pfn,
6437                                         unsigned long node_end_pfn,
6438                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6439                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6440 {
6441         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6442         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6443                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6444                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6445                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6446                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6447                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6448
6449                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6450                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6451                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6452                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6453                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6454
6455                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6456                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6457                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6458         }
6459 }
6460
6461 /*
6462  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6463  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6464  */
6465 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6466                                         unsigned long zone_type,
6467                                         unsigned long node_start_pfn,
6468                                         unsigned long node_end_pfn,
6469                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6470                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6471                                         unsigned long *ignored)
6472 {
6473         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6474         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6475         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6476         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6477                 return 0;
6478
6479         /* Get the start and end of the zone */
6480         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6481         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6482         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6483                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6484                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6485
6486         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6487         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6488                 return 0;
6489
6490         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6491         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6492         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6493
6494         /* Return the spanned pages */
6495         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6496 }
6497
6498 /*
6499  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6500  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6501  */
6502 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6503                                 unsigned long range_start_pfn,
6504                                 unsigned long range_end_pfn)
6505 {
6506         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6507         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6508         int i;
6509
6510         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6511                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6512                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6513                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6514         }
6515         return nr_absent;
6516 }
6517
6518 /**
6519  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6520  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6521  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6522  *
6523  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6524  */
6525 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6526                                                         unsigned long end_pfn)
6527 {
6528         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6529 }
6530
6531 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6532 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6533                                         unsigned long zone_type,
6534                                         unsigned long node_start_pfn,
6535                                         unsigned long node_end_pfn,
6536                                         unsigned long *ignored)
6537 {
6538         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6539         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6540         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6541         unsigned long nr_absent;
6542
6543         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6544         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6545                 return 0;
6546
6547         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6548         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6549
6550         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6551                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6552                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6553         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6554
6555         /*
6556          * ZONE_MOVABLE handling.
6557          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6558          * and vice versa.
6559          */
6560         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6561                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6562                 struct memblock_region *r;
6563
6564                 for_each_memblock(memory, r) {
6565                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6566                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6567                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6568                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6569
6570                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6571                             memblock_is_mirror(r))
6572                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6573
6574                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6575                             !memblock_is_mirror(r))
6576                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6577                 }
6578         }
6579
6580         return nr_absent;
6581 }
6582
6583 static inline unsigned long __init compat_zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6584                                         unsigned long zone_type,
6585                                         unsigned long node_start_pfn,
6586                                         unsigned long node_end_pfn,
6587                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6588                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6589                                         unsigned long *zones_size)
6590 {
6591         unsigned int zone;
6592
6593         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6594         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6595                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6596
6597         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6598
6599         return zones_size[zone_type];
6600 }
6601
6602 static inline unsigned long __init compat_zone_absent_pages_in_node(int nid,
6603                                                 unsigned long zone_type,
6604                                                 unsigned long node_start_pfn,
6605                                                 unsigned long node_end_pfn,
6606                                                 unsigned long *zholes_size)
6607 {
6608         if (!zholes_size)
6609                 return 0;
6610
6611         return zholes_size[zone_type];
6612 }
6613
6614 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6615                                                 unsigned long node_start_pfn,
6616                                                 unsigned long node_end_pfn,
6617                                                 unsigned long *zones_size,
6618                                                 unsigned long *zholes_size,
6619                                                 bool compat)
6620 {
6621         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6622         enum zone_type i;
6623
6624         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6625                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6626                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6627                 unsigned long spanned, absent;
6628                 unsigned long size, real_size;
6629
6630                 if (compat) {
6631                         spanned = compat_zone_spanned_pages_in_node(
6632                                                 pgdat->node_id, i,
6633                                                 node_start_pfn,
6634                                                 node_end_pfn,
6635                                                 &zone_start_pfn,
6636                                                 &zone_end_pfn,
6637                                                 zones_size);
6638                         absent = compat_zone_absent_pages_in_node(
6639                                                 pgdat->node_id, i,
6640                                                 node_start_pfn,
6641                                                 node_end_pfn,
6642                                                 zholes_size);
6643                 } else {
6644                         spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6645                                                 node_start_pfn,
6646                                                 node_end_pfn,
6647                                                 &zone_start_pfn,
6648                                                 &zone_end_pfn,
6649                                                 zones_size);
6650                         absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6651                                                 node_start_pfn,
6652                                                 node_end_pfn,
6653                                                 zholes_size);
6654                 }
6655
6656                 size = spanned;
6657                 real_size = size - absent;
6658
6659                 if (size)
6660                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6661                 else
6662                         zone->zone_start_pfn = 0;
6663                 zone->spanned_pages = size;
6664                 zone->present_pages = real_size;
6665
6666                 totalpages += size;
6667                 realtotalpages += real_size;
6668         }
6669
6670         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6671         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6672         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6673                                                         realtotalpages);
6674 }
6675
6676 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6677 /*
6678  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6679  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6680  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6681  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6682  * bytes.
6683  */
6684 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6685 {
6686         unsigned long usemapsize;
6687
6688         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6689         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6690         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6691         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6692         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6693
6694         return usemapsize / 8;
6695 }
6696
6697 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6698                                 struct zone *zone,
6699                                 unsigned long zone_start_pfn,
6700                                 unsigned long zonesize)
6701 {
6702         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6703         zone->pageblock_flags = NULL;
6704         if (usemapsize) {
6705                 zone->pageblock_flags =
6706                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6707                                             pgdat->node_id);
6708                 if (!zone->pageblock_flags)
6709                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6710                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6711         }
6712 }
6713 #else
6714 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6715                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6716 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6717
6718 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6719
6720 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6721 void __init set_pageblock_order(void)
6722 {
6723         unsigned int order;
6724
6725         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6726         if (pageblock_order)
6727                 return;
6728
6729         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6730                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6731         else
6732                 order = MAX_ORDER - 1;
6733
6734         /*
6735          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6736          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6737          * powerpc.
6738          */
6739         pageblock_order = order;
6740 }
6741 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6742
6743 /*
6744  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6745  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6746  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6747  * the kernel config
6748  */
6749 void __init set_pageblock_order(void)
6750 {
6751 }
6752
6753 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6754
6755 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6756                                                 unsigned long present_pages)
6757 {
6758         unsigned long pages = spanned_pages;
6759
6760         /*
6761          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6762          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6763          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6764          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6765          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6766          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6767          */
6768         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6769             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6770                 pages = present_pages;
6771
6772         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6773 }
6774
6775 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6776 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6777 {
6778         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6779
6780         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6781         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6782         ds_queue->split_queue_len = 0;
6783 }
6784 #else
6785 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6786 #endif
6787
6788 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6789 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6790 {
6791         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6792 }
6793 #else
6794 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6795 #endif
6796
6797 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6798 {
6799         pgdat_resize_init(pgdat);
6800
6801         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6802         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6803
6804         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6805         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6806
6807         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6808         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6809         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
6810 }
6811
6812 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6813                                                         unsigned long remaining_pages)
6814 {
6815         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6816         zone_set_nid(zone, nid);
6817         zone->name = zone_names[idx];
6818         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6819         spin_lock_init(&zone->lock);
6820         zone_seqlock_init(zone);
6821         zone_pcp_init(zone);
6822 }
6823
6824 /*
6825  * Set up the zone data structures
6826  * - init pgdat internals
6827  * - init all zones belonging to this node
6828  *
6829  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6830  */
6831 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6832 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6833 {
6834         enum zone_type z;
6835         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6836
6837         pgdat_init_internals(pgdat);
6838         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6839                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6840 }
6841 #endif
6842
6843 /*
6844  * Set up the zone data structures:
6845  *   - mark all pages reserved
6846  *   - mark all memory queues empty
6847  *   - clear the memory bitmaps
6848  *
6849  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6850  * NOTE: this function is only called during early init.
6851  */
6852 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6853 {
6854         enum zone_type j;
6855         int nid = pgdat->node_id;
6856
6857         pgdat_init_internals(pgdat);
6858         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6859
6860         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6861                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6862                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6863                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6864
6865                 size = zone->spanned_pages;
6866                 freesize = zone->present_pages;
6867
6868                 /*
6869                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6870                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6871                  * and per-cpu initialisations
6872                  */
6873                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6874                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6875                         if (freesize >= memmap_pages) {
6876                                 freesize -= memmap_pages;
6877                                 if (memmap_pages)
6878                                         printk(KERN_DEBUG
6879                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6880                                                zone_names[j], memmap_pages);
6881                         } else
6882                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6883                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6884                 }
6885
6886                 /* Account for reserved pages */
6887                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6888                         freesize -= dma_reserve;
6889                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6890                                         zone_names[0], dma_reserve);
6891                 }
6892
6893                 if (!is_highmem_idx(j))
6894                         nr_kernel_pages += freesize;
6895                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6896                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6897                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6898                 nr_all_pages += freesize;
6899
6900                 /*
6901                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6902                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6903                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6904                  */
6905                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6906
6907                 if (!size)
6908                         continue;
6909
6910                 set_pageblock_order();
6911                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6912                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6913                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6914         }
6915 }
6916
6917 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6918 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6919 {
6920         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6921         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6922
6923         /* Skip empty nodes */
6924         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6925                 return;
6926
6927         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6928         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6929         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6930         if (!pgdat->node_mem_map) {
6931                 unsigned long size, end;
6932                 struct page *map;
6933
6934                 /*
6935                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6936                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6937                  * for the buddy allocator to function correctly.
6938                  */
6939                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6940                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6941                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6942                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6943                                           pgdat->node_id);
6944                 if (!map)
6945                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6946                               size, pgdat->node_id);
6947                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6948         }
6949         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6950                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6951                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6952 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6953         /*
6954          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6955          */
6956         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6957                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6958                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6959                         mem_map -= offset;
6960         }
6961 #endif
6962 }
6963 #else
6964 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6965 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6966
6967 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6968 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6969 {
6970         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6971 }
6972 #else
6973 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6974 #endif
6975
6976 static void __init __free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6977                                          unsigned long node_start_pfn,
6978                                          unsigned long *zholes_size,
6979                                          bool compat)
6980 {
6981         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6982         unsigned long start_pfn = 0;
6983         unsigned long end_pfn = 0;
6984
6985         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6986         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6987
6988         pgdat->node_id = nid;
6989         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6990         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6991         if (!compat) {
6992                 get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6993                 pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6994                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6995                         end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6996         } else {
6997                 start_pfn = node_start_pfn;
6998         }
6999         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
7000                                   zones_size, zholes_size, compat);
7001
7002         alloc_node_mem_map(pgdat);
7003         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7004
7005         free_area_init_core(pgdat);
7006 }
7007
7008 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
7009                                 unsigned long node_start_pfn,
7010                                 unsigned long *zholes_size)
7011 {
7012         __free_area_init_node(nid, zones_size, node_start_pfn, zholes_size,
7013                               true);
7014 }
7015
7016 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
7017 /*
7018  * Initialize all valid struct pages in the range [spfn, epfn) and mark them
7019  * PageReserved(). Return the number of struct pages that were initialized.
7020  */
7021 static u64 __init init_unavailable_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
7022 {
7023         unsigned long pfn;
7024         u64 pgcnt = 0;
7025
7026         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
7027                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
7028                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
7029                                 + pageblock_nr_pages - 1;
7030                         continue;
7031                 }
7032                 /*
7033                  * Use a fake node/zone (0) for now. Some of these pages
7034                  * (in memblock.reserved but not in memblock.memory) will
7035                  * get re-initialized via reserve_bootmem_region() later.
7036                  */
7037                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, 0, 0);
7038                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
7039                 pgcnt++;
7040         }
7041
7042         return pgcnt;
7043 }
7044
7045 /*
7046  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
7047  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
7048  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
7049  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
7050  * flags). We must explicitly initialize those struct pages.
7051  *
7052  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
7053  * uninitialized because the physical address range is not covered by
7054  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
7055  * layout is manually configured via memmap=, or when the highest physical
7056  * address (max_pfn) does not end on a section boundary.
7057  */
7058 static void __init init_unavailable_mem(void)
7059 {
7060         phys_addr_t start, end;
7061         u64 i, pgcnt;
7062         phys_addr_t next = 0;
7063
7064         /*
7065          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
7066          */
7067         pgcnt = 0;
7068         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
7069                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
7070                 if (next < start)
7071                         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
7072                                                         PFN_UP(start));
7073                 next = end;
7074         }
7075
7076         /*
7077          * Early sections always have a fully populated memmap for the whole
7078          * section - see pfn_valid(). If the last section has holes at the
7079          * end and that section is marked "online", the memmap will be
7080          * considered initialized. Make sure that memmap has a well defined
7081          * state.
7082          */
7083         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
7084                                         round_up(max_pfn, PAGES_PER_SECTION));
7085
7086         /*
7087          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
7088          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
7089          */
7090         if (pgcnt)
7091                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
7092 }
7093 #else
7094 static inline void __init init_unavailable_mem(void)
7095 {
7096 }
7097 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7098
7099 #if MAX_NUMNODES > 1
7100 /*
7101  * Figure out the number of possible node ids.
7102  */
7103 void __init setup_nr_node_ids(void)
7104 {
7105         unsigned int highest;
7106
7107         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7108         nr_node_ids = highest + 1;
7109 }
7110 #endif
7111
7112 /**
7113  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7114  *
7115  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7116  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7117  * all the nodes.
7118  *
7119  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7120  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7121  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7122  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7123  *
7124  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7125  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7126  * populated node map.
7127  *
7128  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7129  * requirement (single node).
7130  */
7131 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7132 {
7133         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7134         unsigned long start, end, mask;
7135         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7136         int i, nid;
7137
7138         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7139                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7140                         last_nid = nid;
7141                         last_end = end;
7142                         continue;
7143                 }
7144
7145                 /*
7146                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7147                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7148                  * too coarse to separate the current node from the last.
7149                  */
7150                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7151                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7152                         mask <<= 1;
7153
7154                 /* accumulate all internode masks */
7155                 accl_mask |= mask;
7156         }
7157
7158         /* convert mask to number of pages */
7159         return ~accl_mask + 1;
7160 }
7161
7162 /* Find the lowest pfn for a node */
7163 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
7164 {
7165         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
7166         unsigned long start_pfn;
7167         int i;
7168
7169         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
7170                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
7171
7172         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
7173                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
7174                 return 0;
7175         }
7176
7177         return min_pfn;
7178 }
7179
7180 /**
7181  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7182  *
7183  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7184  * memblock_set_node().
7185  */
7186 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7187 {
7188         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
7189 }
7190
7191 /*
7192  * early_calculate_totalpages()
7193  * Sum pages in active regions for movable zone.
7194  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7195  */
7196 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7197 {
7198         unsigned long totalpages = 0;
7199         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7200         int i, nid;
7201
7202         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7203                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7204
7205                 totalpages += pages;
7206                 if (pages)
7207                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7208         }
7209         return totalpages;
7210 }
7211
7212 /*
7213  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7214  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7215  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7216  * others
7217  */
7218 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7219 {
7220         int i, nid;
7221         unsigned long usable_startpfn;
7222         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7223         /* save the state before borrow the nodemask */
7224         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7225         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7226         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7227         struct memblock_region *r;
7228
7229         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7230         find_usable_zone_for_movable();
7231
7232         /*
7233          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7234          * options.
7235          */
7236         if (movable_node_is_enabled()) {
7237                 for_each_memblock(memory, r) {
7238                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7239                                 continue;
7240
7241                         nid = memblock_get_region_node(r);
7242
7243                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7244                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7245                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7246                                 usable_startpfn;
7247                 }
7248
7249                 goto out2;
7250         }
7251
7252         /*
7253          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7254          */
7255         if (mirrored_kernelcore) {
7256                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7257
7258                 for_each_memblock(memory, r) {
7259                         if (memblock_is_mirror(r))
7260                                 continue;
7261
7262                         nid = memblock_get_region_node(r);
7263
7264                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7265
7266                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7267                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7268                                 continue;
7269                         }
7270
7271                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7272                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7273                                 usable_startpfn;
7274                 }
7275
7276                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7277                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
7278
7279                 goto out2;
7280         }
7281
7282         /*
7283          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7284          * amount of necessary memory.
7285          */
7286         if (required_kernelcore_percent)
7287                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7288                                        10000UL;
7289         if (required_movablecore_percent)
7290                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7291                                         10000UL;
7292
7293         /*
7294          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7295          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7296          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7297          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7298          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7299          * what movablecore would have allowed.
7300          */
7301         if (required_movablecore) {
7302                 unsigned long corepages;
7303
7304                 /*
7305                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7306                  * was requested by the user
7307                  */
7308                 required_movablecore =
7309                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7310                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7311                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7312
7313                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7314         }
7315
7316         /*
7317          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7318          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7319          */
7320         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7321                 goto out;
7322
7323         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7324         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7325
7326 restart:
7327         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7328         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7329         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7330                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7331
7332                 /*
7333                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7334                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7335                  * amount of memory for the kernel
7336                  */
7337                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7338                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7339
7340                 /*
7341                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7342                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7343                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7344                  */
7345                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7346
7347                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7348                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7349                         unsigned long size_pages;
7350
7351                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7352                         if (start_pfn >= end_pfn)
7353                                 continue;
7354
7355                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7356                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7357                                 unsigned long kernel_pages;
7358                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7359                                                                 - start_pfn;
7360
7361                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7362                                                         kernelcore_remaining);
7363                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7364                                                         required_kernelcore);
7365
7366                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7367                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7368
7369                                         /*
7370                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7371                                          * that if we have to rebalance
7372                                          * kernelcore across nodes, we will
7373                                          * not double account here
7374                                          */
7375                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7376                                         continue;
7377                                 }
7378                                 start_pfn = usable_startpfn;
7379                         }
7380
7381                         /*
7382                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7383                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7384                          * number of pages used as kernelcore
7385                          */
7386                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7387                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7388                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7389                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7390
7391                         /*
7392                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7393                          * break if the kernelcore for this node has been
7394                          * satisfied
7395                          */
7396                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7397                                                                 size_pages);
7398                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7399                         if (!kernelcore_remaining)
7400                                 break;
7401                 }
7402         }
7403
7404         /*
7405          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7406          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7407          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7408          * satisfied
7409          */
7410         usable_nodes--;
7411         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7412                 goto restart;
7413
7414 out2:
7415         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7416         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7417                 zone_movable_pfn[nid] =
7418                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7419
7420 out:
7421         /* restore the node_state */
7422         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7423 }
7424
7425 /* Any regular or high memory on that node ? */
7426 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7427 {
7428         enum zone_type zone_type;
7429
7430         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7431                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7432                 if (populated_zone(zone)) {
7433                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7434                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7435                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7436                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7437                         break;
7438                 }
7439         }
7440 }
7441
7442 /**
7443  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7444  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7445  *
7446  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7447  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7448  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7449  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7450  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7451  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7452  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7453  * at arch_max_dma_pfn.
7454  */
7455 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7456 {
7457         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7458         int i, nid;
7459
7460         /* Record where the zone boundaries are */
7461         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7462                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7463         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7464                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7465
7466         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7467
7468         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7469                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7470                         continue;
7471
7472                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
7473                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
7474                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
7475
7476                 start_pfn = end_pfn;
7477         }
7478
7479         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7480         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7481         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7482
7483         /* Print out the zone ranges */
7484         pr_info("Zone ranges:\n");
7485         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7486                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7487                         continue;
7488                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7489                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7490                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7491                         pr_cont("empty\n");
7492                 else
7493                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7494                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7495                                         << PAGE_SHIFT,
7496                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7497                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7498         }
7499
7500         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7501         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7502         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7503                 if (zone_movable_pfn[i])
7504                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7505                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7506         }
7507
7508         /*
7509          * Print out the early node map, and initialize the
7510          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7511          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7512          */
7513         pr_info("Early memory node ranges\n");
7514         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7515                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7516                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7517                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7518                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7519         }
7520
7521         /* Initialise every node */
7522         mminit_verify_pageflags_layout();
7523         setup_nr_node_ids();
7524         init_unavailable_mem();
7525         for_each_online_node(nid) {
7526                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7527                 __free_area_init_node(nid, NULL,
7528                                       find_min_pfn_for_node(nid), NULL, false);
7529
7530                 /* Any memory on that node */
7531                 if (pgdat->node_present_pages)
7532                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7533                 check_for_memory(pgdat, nid);
7534         }
7535 }
7536
7537 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7538                                      unsigned long *percent)
7539 {
7540         unsigned long long coremem;
7541         char *endptr;
7542
7543         if (!p)
7544                 return -EINVAL;
7545
7546         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7547         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7548         if (*endptr == '%') {
7549                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7550                 WARN_ON(coremem > 100);
7551
7552                 *percent = coremem;
7553         } else {
7554                 coremem = memparse(p, &p);
7555                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7556                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7557
7558                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7559                 *percent = 0UL;
7560         }
7561         return 0;
7562 }
7563
7564 /*
7565  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7566  * cannot be reclaimed or migrated.
7567  */
7568 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7569 {
7570         /* parse kernelcore=mirror */
7571         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7572                 mirrored_kernelcore = true;
7573                 return 0;
7574         }
7575
7576         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7577                                   &required_kernelcore_percent);
7578 }
7579
7580 /*
7581  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7582  * can be reclaimed or migrated.
7583  */
7584 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7585 {
7586         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7587                                   &required_movablecore_percent);
7588 }
7589
7590 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7591 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7592
7593 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7594 {
7595         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7596         totalram_pages_add(count);
7597 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7598         if (PageHighMem(page))
7599                 totalhigh_pages_add(count);
7600 #endif
7601 }
7602 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7603
7604 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7605 {
7606         void *pos;
7607         unsigned long pages = 0;
7608
7609         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7610         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7611         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7612                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7613                 void *direct_map_addr;
7614
7615                 /*
7616                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7617                  * because some architectures' virt_to_page()
7618                  * work with aliases.  Getting the direct map
7619                  * address ensures that we get a _writeable_
7620                  * alias for the memset().
7621                  */
7622                 direct_map_addr = page_address(page);
7623                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7624                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7625
7626                 free_reserved_page(page);
7627         }
7628
7629         if (pages && s)
7630                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7631                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7632
7633         return pages;
7634 }
7635
7636 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7637 void free_highmem_page(struct page *page)
7638 {
7639         __free_reserved_page(page);
7640         totalram_pages_inc();
7641         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7642         totalhigh_pages_inc();
7643 }
7644 #endif
7645
7646
7647 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7648 {
7649         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7650         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7651
7652         physpages = get_num_physpages();
7653         codesize = _etext - _stext;
7654         datasize = _edata - _sdata;
7655         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7656         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7657         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7658         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7659
7660         /*
7661          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7662          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7663          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7664          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7665          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7666          */
7667 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7668         do { \
7669                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7670                         size -= adj; \
7671         } while (0)
7672
7673         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7674                      _sinittext, init_code_size);
7675         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7676         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7677         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7678         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7679
7680 #undef  adj_init_size
7681
7682         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7683 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7684                 ", %luK highmem"
7685 #endif
7686                 "%s%s)\n",
7687                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7688                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7689                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7690                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7691                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7692                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7693 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7694                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7695 #endif
7696                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7697 }
7698
7699 /**
7700  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7701  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7702  *
7703  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7704  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7705  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7706  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7707  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7708  * smaller per-cpu batchsize.
7709  */
7710 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7711 {
7712         dma_reserve = new_dma_reserve;
7713 }
7714
7715 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7716 {
7717
7718         lru_add_drain_cpu(cpu);
7719         drain_pages(cpu);
7720
7721         /*
7722          * Spill the event counters of the dead processor
7723          * into the current processors event counters.
7724          * This artificially elevates the count of the current
7725          * processor.
7726          */
7727         vm_events_fold_cpu(cpu);
7728
7729         /*
7730          * Zero the differential counters of the dead processor
7731          * so that the vm statistics are consistent.
7732          *
7733          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7734          * race with what we are doing.
7735          */
7736         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7737         return 0;
7738 }
7739
7740 #ifdef CONFIG_NUMA
7741 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7742
7743 static int __init set_hashdist(char *str)
7744 {
7745         if (!str)
7746                 return 0;
7747         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7748         return 1;
7749 }
7750 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7751 #endif
7752
7753 void __init page_alloc_init(void)
7754 {
7755         int ret;
7756
7757 #ifdef CONFIG_NUMA
7758         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7759                 hashdist = 0;
7760 #endif
7761
7762         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7763                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7764                                         page_alloc_cpu_dead);
7765         WARN_ON(ret < 0);
7766 }
7767
7768 /*
7769  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7770  *      or min_free_kbytes changes.
7771  */
7772 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7773 {
7774         struct pglist_data *pgdat;
7775         unsigned long reserve_pages = 0;
7776         enum zone_type i, j;
7777
7778         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7779
7780                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7781
7782                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7783                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7784                         long max = 0;
7785                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7786
7787                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7788                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7789                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7790                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7791                         }
7792
7793                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7794                         max += high_wmark_pages(zone);
7795
7796                         if (max > managed_pages)
7797                                 max = managed_pages;
7798
7799                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7800
7801                         reserve_pages += max;
7802                 }
7803         }
7804         totalreserve_pages = reserve_pages;
7805 }
7806
7807 /*
7808  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7809  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7810  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7811  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7812  */
7813 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7814 {
7815         struct pglist_data *pgdat;
7816         enum zone_type j, idx;
7817
7818         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7819                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7820                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7821                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7822
7823                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7824
7825                         idx = j;
7826                         while (idx) {
7827                                 struct zone *lower_zone;
7828
7829                                 idx--;
7830                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7831
7832                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7833                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7834                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7835                                 } else {
7836                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7837                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7838                                 }
7839                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7840                         }
7841                 }
7842         }
7843
7844         /* update totalreserve_pages */
7845         calculate_totalreserve_pages();
7846 }
7847
7848 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7849 {
7850         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7851         unsigned long lowmem_pages = 0;
7852         struct zone *zone;
7853         unsigned long flags;
7854
7855         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7856         for_each_zone(zone) {
7857                 if (!is_highmem(zone))
7858                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7859         }
7860
7861         for_each_zone(zone) {
7862                 u64 tmp;
7863
7864                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7865                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7866                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7867                 if (is_highmem(zone)) {
7868                         /*
7869                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7870                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7871                          * value here.
7872                          *
7873                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7874                          * deltas control async page reclaim, and so should
7875                          * not be capped for highmem.
7876                          */
7877                         unsigned long min_pages;
7878
7879                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7880                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7881                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7882                 } else {
7883                         /*
7884                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7885                          * proportionate to the zone's size.
7886                          */
7887                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7888                 }
7889
7890                 /*
7891                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7892                  * scale factor in proportion to available memory, but
7893                  * ensure a minimum size on small systems.
7894                  */
7895                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7896                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7897                                       watermark_scale_factor, 10000));
7898
7899                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7900                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7901                 zone->watermark_boost = 0;
7902
7903                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7904         }
7905
7906         /* update totalreserve_pages */
7907         calculate_totalreserve_pages();
7908 }
7909
7910 /**
7911  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7912  * or when memory is hot-{added|removed}
7913  *
7914  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7915  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7916  */
7917 void setup_per_zone_wmarks(void)
7918 {
7919         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7920
7921         spin_lock(&lock);
7922         __setup_per_zone_wmarks();
7923         spin_unlock(&lock);
7924 }
7925
7926 /*
7927  * Initialise min_free_kbytes.
7928  *
7929  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7930  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7931  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7932  *
7933  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7934  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7935  *
7936  * which yields
7937  *
7938  * 16MB:        512k
7939  * 32MB:        724k
7940  * 64MB:        1024k
7941  * 128MB:       1448k
7942  * 256MB:       2048k
7943  * 512MB:       2896k
7944  * 1024MB:      4096k
7945  * 2048MB:      5792k
7946  * 4096MB:      8192k
7947  * 8192MB:      11584k
7948  * 16384MB:     16384k
7949  */
7950 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7951 {
7952         unsigned long lowmem_kbytes;
7953         int new_min_free_kbytes;
7954
7955         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7956         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7957
7958         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7959                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7960                 if (min_free_kbytes < 128)
7961                         min_free_kbytes = 128;
7962                 if (min_free_kbytes > 262144)
7963                         min_free_kbytes = 262144;
7964         } else {
7965                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7966                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7967         }
7968         setup_per_zone_wmarks();
7969         refresh_zone_stat_thresholds();
7970         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7971
7972 #ifdef CONFIG_NUMA
7973         setup_min_unmapped_ratio();
7974         setup_min_slab_ratio();
7975 #endif
7976
7977         return 0;
7978 }
7979 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7980
7981 /*
7982  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7983  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7984  *      changes.
7985  */
7986 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7987         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7988 {
7989         int rc;
7990
7991         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7992         if (rc)
7993                 return rc;
7994
7995         if (write) {
7996                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7997                 setup_per_zone_wmarks();
7998         }
7999         return 0;
8000 }
8001
8002 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8003         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8004 {
8005         int rc;
8006
8007         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8008         if (rc)
8009                 return rc;
8010
8011         return 0;
8012 }
8013
8014 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8015         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8016 {
8017         int rc;
8018
8019         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8020         if (rc)
8021                 return rc;
8022
8023         if (write)
8024                 setup_per_zone_wmarks();
8025
8026         return 0;
8027 }
8028
8029 #ifdef CONFIG_NUMA
8030 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8031 {
8032         pg_data_t *pgdat;
8033         struct zone *zone;
8034
8035         for_each_online_pgdat(pgdat)
8036                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8037
8038         for_each_zone(zone)
8039                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8040                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8041 }
8042
8043
8044 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8045         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8046 {
8047         int rc;
8048
8049         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8050         if (rc)
8051                 return rc;
8052
8053         setup_min_unmapped_ratio();
8054
8055         return 0;
8056 }
8057
8058 static void setup_min_slab_ratio(void)
8059 {
8060         pg_data_t *pgdat;
8061         struct zone *zone;
8062
8063         for_each_online_pgdat(pgdat)
8064                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8065
8066         for_each_zone(zone)
8067                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8068                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8069 }
8070
8071 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8072         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8073 {
8074         int rc;
8075
8076         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8077         if (rc)
8078                 return rc;
8079
8080         setup_min_slab_ratio();
8081
8082         return 0;
8083 }
8084 #endif
8085
8086 /*
8087  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8088  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8089  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8090  *
8091  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8092  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8093  * if in function of the boot time zone sizes.
8094  */
8095 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8096         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8097 {
8098         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8099         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8100         return 0;
8101 }
8102
8103 static void __zone_pcp_update(struct zone *zone)
8104 {
8105         unsigned int cpu;
8106
8107         for_each_possible_cpu(cpu)
8108                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8109                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8110 }
8111
8112 /*
8113  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8114  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8115  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8116  */
8117 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8118         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8119 {
8120         struct zone *zone;
8121         int old_percpu_pagelist_fraction;
8122         int ret;
8123
8124         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8125         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8126
8127         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8128         if (!write || ret < 0)
8129                 goto out;
8130
8131         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8132         if (percpu_pagelist_fraction &&
8133             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8134                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8135                 ret = -EINVAL;
8136                 goto out;
8137         }
8138
8139         /* No change? */
8140         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8141                 goto out;
8142
8143         for_each_populated_zone(zone)
8144                 __zone_pcp_update(zone);
8145 out:
8146         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8147         return ret;
8148 }
8149
8150 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8151 /*
8152  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8153  * is not known to alloc_large_system_hash().
8154  */
8155 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8156 {
8157         return 0;
8158 }
8159 #endif
8160
8161 /*
8162  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8163  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8164  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8165  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8166  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8167  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8168  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8169  */
8170 #if __BITS_PER_LONG > 32
8171 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8172 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8173 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8174 #endif
8175
8176 /*
8177  * allocate a large system hash table from bootmem
8178  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8179  *   quantity of entries
8180  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8181  */
8182 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8183                                      unsigned long bucketsize,
8184                                      unsigned long numentries,
8185                                      int scale,
8186                                      int flags,
8187                                      unsigned int *_hash_shift,
8188                                      unsigned int *_hash_mask,
8189                                      unsigned long low_limit,
8190                                      unsigned long high_limit)
8191 {
8192         unsigned long long max = high_limit;
8193         unsigned long log2qty, size;
8194         void *table = NULL;
8195         gfp_t gfp_flags;
8196         bool virt;
8197
8198         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8199         if (!numentries) {
8200                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8201                 numentries = nr_kernel_pages;
8202                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8203
8204                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8205                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8206                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8207
8208 #if __BITS_PER_LONG > 32
8209                 if (!high_limit) {
8210                         unsigned long adapt;
8211
8212                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8213                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8214                                 scale++;
8215                 }
8216 #endif
8217
8218                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8219                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8220                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8221                 else
8222                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8223
8224                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8225                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8226                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8227                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8228                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8229                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8230                                 BUG_ON(!numentries);
8231                         }
8232                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8233                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8234         }
8235         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8236
8237         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8238         if (max == 0) {
8239                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8240                 do_div(max, bucketsize);
8241         }
8242         max = min(max, 0x80000000ULL);
8243
8244         if (numentries < low_limit)
8245                 numentries = low_limit;
8246         if (numentries > max)
8247                 numentries = max;
8248
8249         log2qty = ilog2(numentries);
8250
8251         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8252         do {
8253                 virt = false;
8254                 size = bucketsize << log2qty;
8255                 if (flags & HASH_EARLY) {
8256                         if (flags & HASH_ZERO)
8257                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8258                         else
8259                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8260                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8261                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8262                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8263                         virt = true;
8264                 } else {
8265                         /*
8266                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8267                          * some pages at the end of hash table which
8268                          * alloc_pages_exact() automatically does
8269                          */
8270                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8271                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8272                 }
8273         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8274
8275         if (!table)
8276                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8277
8278         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8279                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8280                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8281
8282         if (_hash_shift)
8283                 *_hash_shift = log2qty;
8284         if (_hash_mask)
8285                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8286
8287         return table;
8288 }
8289
8290 /*
8291  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8292  *
8293  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8294  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8295  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8296  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8297  *
8298  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8299  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that that it
8300  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8301  *
8302  */
8303 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8304                                  int migratetype, int flags)
8305 {
8306         unsigned long iter = 0;
8307         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8308
8309         /*
8310          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8311          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8312          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8313          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8314          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8315          */
8316
8317         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8318                 /*
8319                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8320                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8321                  * so consider them movable here.
8322                  */
8323                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8324                         return NULL;
8325
8326                 return page;
8327         }
8328
8329         for (; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8330                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8331                         continue;
8332
8333                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8334
8335                 if (PageReserved(page))
8336                         return page;
8337
8338                 /*
8339                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8340                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8341                  * is movable.
8342                  */
8343                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8344                         continue;
8345
8346                 /*
8347                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8348                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8349                  * We need not scan over tail pages because we don't
8350                  * handle each tail page individually in migration.
8351                  */
8352                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8353                         struct page *head = compound_head(page);
8354                         unsigned int skip_pages;
8355
8356                         if (PageHuge(page)) {
8357                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8358                                         return page;
8359                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8360                                 return page;
8361                         }
8362
8363                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8364                         iter += skip_pages - 1;
8365                         continue;
8366                 }
8367
8368                 /*
8369                  * We can't use page_count without pin a page
8370                  * because another CPU can free compound page.
8371                  * This check already skips compound tails of THP
8372                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8373                  */
8374                 if (!page_ref_count(page)) {
8375                         if (PageBuddy(page))
8376                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8377                         continue;
8378                 }
8379
8380                 /*
8381                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8382                  * page_count() is not 0.
8383                  */
8384                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8385                         continue;
8386
8387                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8388                         continue;
8389
8390                 /*
8391                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8392                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8393                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8394                  */
8395                 /*
8396                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8397                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8398                  *
8399                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8400                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8401                  * page at boot.
8402                  */
8403                 return page;
8404         }
8405         return NULL;
8406 }
8407
8408 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8409 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8410 {
8411         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8412                              pageblock_nr_pages) - 1);
8413 }
8414
8415 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8416 {
8417         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8418                                 pageblock_nr_pages));
8419 }
8420
8421 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8422 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8423                                         unsigned long start, unsigned long end)
8424 {
8425         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8426         unsigned long nr_reclaimed;
8427         unsigned long pfn = start;
8428         unsigned int tries = 0;
8429         int ret = 0;
8430
8431         migrate_prep();
8432
8433         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8434                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8435                         ret = -EINTR;
8436                         break;
8437                 }
8438
8439                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8440                         cc->nr_migratepages = 0;
8441                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8442                         if (!pfn) {
8443                                 ret = -EINTR;
8444                                 break;
8445                         }
8446                         tries = 0;
8447                 } else if (++tries == 5) {
8448                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8449                         break;
8450                 }
8451
8452                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8453                                                         &cc->migratepages);
8454                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8455
8456                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8457                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8458         }
8459         if (ret < 0) {
8460                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8461                 return ret;
8462         }
8463         return 0;
8464 }
8465
8466 /**
8467  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8468  * @start:      start PFN to allocate
8469  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8470  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8471  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8472  *                      in range must have the same migratetype and it must
8473  *                      be either of the two.
8474  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8475  *
8476  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8477  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8478  *
8479  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8480  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8481  * be modified by others.
8482  *
8483  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8484  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8485  * need to be freed with free_contig_range().
8486  */
8487 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8488                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8489 {
8490         unsigned long outer_start, outer_end;
8491         unsigned int order;
8492         int ret = 0;
8493
8494         struct compact_control cc = {
8495                 .nr_migratepages = 0,
8496                 .order = -1,
8497                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8498                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8499                 .ignore_skip_hint = true,
8500                 .no_set_skip_hint = true,
8501                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8502                 .alloc_contig = true,
8503         };
8504         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8505
8506         /*
8507          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8508          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8509          * have different sizes, and due to the way page allocator
8510          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8511          * that page allocator won't try to merge buddies from
8512          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8513          * other migration type.
8514          *
8515          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8516          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8517          * we are interested in).  This will put all the pages in
8518          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8519          *
8520          * When this is done, we take the pages in range from page
8521          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8522          * page allocator will never consider using them.
8523          *
8524          * This lets us mark the pageblocks back as
8525          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8526          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8527          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8528          */
8529
8530         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8531                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8532         if (ret < 0)
8533                 return ret;
8534
8535         /*
8536          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8537          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8538          * which will report the busy page.
8539          *
8540          * It is possible that busy pages could become available before
8541          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8542          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8543          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8544          */
8545         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8546         if (ret && ret != -EBUSY)
8547                 goto done;
8548         ret =0;
8549
8550         /*
8551          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8552          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8553          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8554          * What we are going to do is to allocate all pages from
8555          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8556          *
8557          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8558          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8559          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8560          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8561          * once this is done free the pages we are not interested in.
8562          *
8563          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8564          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8565          */
8566
8567         lru_add_drain_all();
8568
8569         order = 0;
8570         outer_start = start;
8571         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8572                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8573                         outer_start = start;
8574                         break;
8575                 }
8576                 outer_start &= ~0UL << order;
8577         }
8578
8579         if (outer_start != start) {
8580                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8581
8582                 /*
8583                  * outer_start page could be small order buddy page and
8584                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8585                  * in this case to report failed page properly
8586                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8587                  */
8588                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8589                         outer_start = start;
8590         }
8591
8592         /* Make sure the range is really isolated. */
8593         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8594                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8595                         __func__, outer_start, end);
8596                 ret = -EBUSY;
8597                 goto done;
8598         }
8599
8600         /* Grab isolated pages from freelists. */
8601         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8602         if (!outer_end) {
8603                 ret = -EBUSY;
8604                 goto done;
8605         }
8606
8607         /* Free head and tail (if any) */
8608         if (start != outer_start)
8609                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8610         if (end != outer_end)
8611                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8612
8613 done:
8614         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8615                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8616         return ret;
8617 }
8618
8619 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8620                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8621 {
8622         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8623
8624         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8625                                   gfp_mask);
8626 }
8627
8628 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8629                                    unsigned long nr_pages)
8630 {
8631         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8632         struct page *page;
8633
8634         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8635                 page = pfn_to_online_page(i);
8636                 if (!page)
8637                         return false;
8638
8639                 if (page_zone(page) != z)
8640                         return false;
8641
8642                 if (PageReserved(page))
8643                         return false;
8644
8645                 if (page_count(page) > 0)
8646                         return false;
8647
8648                 if (PageHuge(page))
8649                         return false;
8650         }
8651         return true;
8652 }
8653
8654 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8655                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8656 {
8657         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8658
8659         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8660 }
8661
8662 /**
8663  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8664  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8665  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8666  * @nid:        Target node
8667  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8668  *
8669  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8670  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8671  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8672  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8673  *
8674  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8675  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8676  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8677  *
8678  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8679  * __free_page() on each allocated page.
8680  *
8681  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8682  */
8683 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8684                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8685 {
8686         unsigned long ret, pfn, flags;
8687         struct zonelist *zonelist;
8688         struct zone *zone;
8689         struct zoneref *z;
8690
8691         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
8692         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
8693                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
8694                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8695
8696                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
8697                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
8698                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
8699                                 /*
8700                                  * We release the zone lock here because
8701                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
8702                                  * at some point. If there's an allocation
8703                                  * spinning on this lock, it may win the race
8704                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
8705                                  */
8706                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8707                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
8708                                                         gfp_mask);
8709                                 if (!ret)
8710                                         return pfn_to_page(pfn);
8711                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8712                         }
8713                         pfn += nr_pages;
8714                 }
8715                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8716         }
8717         return NULL;
8718 }
8719 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8720
8721 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8722 {
8723         unsigned int count = 0;
8724
8725         for (; nr_pages--; pfn++) {
8726                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8727
8728                 count += page_count(page) != 1;
8729                 __free_page(page);
8730         }
8731         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8732 }
8733
8734 /*
8735  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8736  * page high values need to be recalulated.
8737  */
8738 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8739 {
8740         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8741         __zone_pcp_update(zone);
8742         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8743 }
8744
8745 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8746 {
8747         unsigned long flags;
8748         int cpu;
8749         struct per_cpu_pageset *pset;
8750
8751         /* avoid races with drain_pages()  */
8752         local_irq_save(flags);
8753         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8754                 for_each_online_cpu(cpu) {
8755                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8756                         drain_zonestat(zone, pset);
8757                 }
8758                 free_percpu(zone->pageset);
8759                 zone->pageset = &boot_pageset;
8760         }
8761         local_irq_restore(flags);
8762 }
8763
8764 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8765 /*
8766  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8767  * before calling this.
8768  */
8769 unsigned long
8770 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8771 {
8772         struct page *page;
8773         struct zone *zone;
8774         unsigned int order;
8775         unsigned long pfn;
8776         unsigned long flags;
8777         unsigned long offlined_pages = 0;
8778
8779         /* find the first valid pfn */
8780         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8781                 if (pfn_valid(pfn))
8782                         break;
8783         if (pfn == end_pfn)
8784                 return offlined_pages;
8785
8786         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8787         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8788         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8789         pfn = start_pfn;
8790         while (pfn < end_pfn) {
8791                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8792                         pfn++;
8793                         continue;
8794                 }
8795                 page = pfn_to_page(pfn);
8796                 /*
8797                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8798                  * page_count() is not 0.
8799                  */
8800                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8801                         pfn++;
8802                         offlined_pages++;
8803                         continue;
8804                 }
8805
8806                 BUG_ON(page_count(page));
8807                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8808                 order = page_order(page);
8809                 offlined_pages += 1 << order;
8810                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
8811                 pfn += (1 << order);
8812         }
8813         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8814
8815         return offlined_pages;
8816 }
8817 #endif
8818
8819 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8820 {
8821         struct zone *zone = page_zone(page);
8822         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8823         unsigned long flags;
8824         unsigned int order;
8825
8826         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8827         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8828                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8829
8830                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8831                         break;
8832         }
8833         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8834
8835         return order < MAX_ORDER;
8836 }
8837
8838 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8839 /*
8840  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8841  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8842  * allocation.
8843  */
8844 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8845 {
8846         struct zone *zone = page_zone(page);
8847         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8848         unsigned long flags;
8849         unsigned int order;
8850         bool hwpoisoned = false;
8851
8852         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8853         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8854                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8855
8856                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8857                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8858                                 hwpoisoned = true;
8859                         break;
8860                 }
8861         }
8862         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8863
8864         return hwpoisoned;
8865 }
8866 #endif