Merge tag 'pci-v5.11-fixes-1' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/helgaa...
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/mmu_notifier.h>
61 #include <linux/migrate.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/sched/mm.h>
65 #include <linux/page_owner.h>
66 #include <linux/kthread.h>
67 #include <linux/memcontrol.h>
68 #include <linux/ftrace.h>
69 #include <linux/lockdep.h>
70 #include <linux/nmi.h>
71 #include <linux/psi.h>
72 #include <linux/padata.h>
73 #include <linux/khugepaged.h>
74 #include <linux/buffer_head.h>
75
76 #include <asm/sections.h>
77 #include <asm/tlbflush.h>
78 #include <asm/div64.h>
79 #include "internal.h"
80 #include "shuffle.h"
81 #include "page_reporting.h"
82
83 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
84 typedef int __bitwise fpi_t;
85
86 /* No special request */
87 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
88
89 /*
90  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
91  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
92  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
93  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
94  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
95  * putting it back unmodified.
96  */
97 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
98
99 /*
100  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
101  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
102  * shuffle the whole zone).
103  *
104  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
105  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
106  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
107  *       reporting).
108  */
109 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
110
111 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
112 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
113 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
114
115 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
116 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
117 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
118 #endif
119
120 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
121
122 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
123 /*
124  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
125  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
126  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
127  * defined in <linux/topology.h>.
128  */
129 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
130 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
131 #endif
132
133 /* work_structs for global per-cpu drains */
134 struct pcpu_drain {
135         struct zone *zone;
136         struct work_struct work;
137 };
138 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
139 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
140
141 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
142 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
143 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
144 #endif
145
146 /*
147  * Array of node states.
148  */
149 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
150         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
151         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
152 #ifndef CONFIG_NUMA
153         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
154 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
155         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
156 #endif
157         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
158         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
159 #endif  /* NUMA */
160 };
161 EXPORT_SYMBOL(node_states);
162
163 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
164 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
165 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
166 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
167
168 int percpu_pagelist_fraction;
169 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
170 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
171 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
172
173 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
174 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
175
176 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
177                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
178 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
179 {
180
181         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
182 }
183 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
184
185 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
186                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
187 static int __init early_init_on_free(char *buf)
188 {
189         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
190 }
191 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
192
193 /*
194  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
195  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
196  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
197  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
198  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
199  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
200  */
201 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
202 {
203         return page->index;
204 }
205
206 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
207 {
208         page->index = migratetype;
209 }
210
211 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
212 /*
213  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
214  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
215  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
216  * they should always be called with system_transition_mutex held
217  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
218  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
219  * with that modification).
220  */
221
222 static gfp_t saved_gfp_mask;
223
224 void pm_restore_gfp_mask(void)
225 {
226         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
227         if (saved_gfp_mask) {
228                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
229                 saved_gfp_mask = 0;
230         }
231 }
232
233 void pm_restrict_gfp_mask(void)
234 {
235         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
236         WARN_ON(saved_gfp_mask);
237         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
238         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
239 }
240
241 bool pm_suspended_storage(void)
242 {
243         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
244                 return false;
245         return true;
246 }
247 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
248
249 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
250 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
251 #endif
252
253 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
254                             fpi_t fpi_flags);
255
256 /*
257  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
258  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
259  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
260  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
261  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
262  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
263  *
264  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
265  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
266  */
267 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
268 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
269         [ZONE_DMA] = 256,
270 #endif
271 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
272         [ZONE_DMA32] = 256,
273 #endif
274         [ZONE_NORMAL] = 32,
275 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
276         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
277 #endif
278         [ZONE_MOVABLE] = 0,
279 };
280
281 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
282 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
283          "DMA",
284 #endif
285 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
286          "DMA32",
287 #endif
288          "Normal",
289 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
290          "HighMem",
291 #endif
292          "Movable",
293 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
294          "Device",
295 #endif
296 };
297
298 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
299         "Unmovable",
300         "Movable",
301         "Reclaimable",
302         "HighAtomic",
303 #ifdef CONFIG_CMA
304         "CMA",
305 #endif
306 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
307         "Isolate",
308 #endif
309 };
310
311 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
312         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
313         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
314 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
315         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
316 #endif
317 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
318         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
319 #endif
320 };
321
322 int min_free_kbytes = 1024;
323 int user_min_free_kbytes = -1;
324 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
325 /*
326  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
327  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
328  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
329  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
330  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
331  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
332  * fragmentation avoidance.
333  */
334 int watermark_boost_factor __read_mostly;
335 #else
336 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
337 #endif
338 int watermark_scale_factor = 10;
339
340 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
341 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
342 static unsigned long dma_reserve __initdata;
343
344 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
345 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
346 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
347 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
348 static unsigned long required_movablecore __initdata;
349 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
350 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
351 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
352
353 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
354 int movable_zone;
355 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
356
357 #if MAX_NUMNODES > 1
358 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
359 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
360 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
361 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
362 #endif
363
364 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
365
366 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
367 /*
368  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
369  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
370  * and we can permanently disable that path.
371  */
372 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
373
374 /*
375  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
376  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
377  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
378  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
379  *
380  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
381  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
382  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
383  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
384  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
385  * initialization is done, but this is not likely to happen.
386  */
387 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
388 {
389         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
390                 kasan_free_pages(page, order);
391 }
392
393 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
394 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
395 {
396         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
397
398         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
399                 return true;
400
401         return false;
402 }
403
404 /*
405  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
406  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
407  */
408 static bool __meminit
409 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
410 {
411         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
412
413         /*
414          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
415          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
416          */
417         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
418                 prev_end_pfn = end_pfn;
419                 nr_initialised = 0;
420         }
421
422         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
423         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
424                 return false;
425
426         /*
427          * We start only with one section of pages, more pages are added as
428          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
429          */
430         nr_initialised++;
431         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
432             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
433                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
434                 return true;
435         }
436         return false;
437 }
438 #else
439 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
440
441 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
442 {
443         return false;
444 }
445
446 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
447 {
448         return false;
449 }
450 #endif
451
452 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
453 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
454                                                         unsigned long pfn)
455 {
456 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
457         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
458 #else
459         return page_zone(page)->pageblock_flags;
460 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
461 }
462
463 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
464 {
465 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
466         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
467 #else
468         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
469 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
470         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
471 }
472
473 static __always_inline
474 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
475                                         unsigned long pfn,
476                                         unsigned long mask)
477 {
478         unsigned long *bitmap;
479         unsigned long bitidx, word_bitidx;
480         unsigned long word;
481
482         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
483         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
484         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
485         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
486
487         word = bitmap[word_bitidx];
488         return (word >> bitidx) & mask;
489 }
490
491 /**
492  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
493  * @page: The page within the block of interest
494  * @pfn: The target page frame number
495  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
496  *
497  * Return: pageblock_bits flags
498  */
499 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
500                                         unsigned long mask)
501 {
502         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
503 }
504
505 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
506 {
507         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
508 }
509
510 /**
511  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
512  * @page: The page within the block of interest
513  * @flags: The flags to set
514  * @pfn: The target page frame number
515  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
516  */
517 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
518                                         unsigned long pfn,
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         mask <<= bitidx;
536         flags <<= bitidx;
537
538         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
539         for (;;) {
540                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
541                 if (word == old_word)
542                         break;
543                 word = old_word;
544         }
545 }
546
547 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
548 {
549         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
550                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
551                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
552
553         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
554                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
555 }
556
557 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
558 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
559 {
560         int ret = 0;
561         unsigned seq;
562         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
563         unsigned long sp, start_pfn;
564
565         do {
566                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
567                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
568                 sp = zone->spanned_pages;
569                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
570                         ret = 1;
571         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
572
573         if (ret)
574                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
575                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
576                         start_pfn, start_pfn + sp);
577
578         return ret;
579 }
580
581 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
582 {
583         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
584                 return 0;
585         if (zone != page_zone(page))
586                 return 0;
587
588         return 1;
589 }
590 /*
591  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
592  */
593 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
594 {
595         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
596                 return 1;
597         if (!page_is_consistent(zone, page))
598                 return 1;
599
600         return 0;
601 }
602 #else
603 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
604 {
605         return 0;
606 }
607 #endif
608
609 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
610 {
611         static unsigned long resume;
612         static unsigned long nr_shown;
613         static unsigned long nr_unshown;
614
615         /*
616          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
617          * or allow a steady drip of one report per second.
618          */
619         if (nr_shown == 60) {
620                 if (time_before(jiffies, resume)) {
621                         nr_unshown++;
622                         goto out;
623                 }
624                 if (nr_unshown) {
625                         pr_alert(
626                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
627                                 nr_unshown);
628                         nr_unshown = 0;
629                 }
630                 nr_shown = 0;
631         }
632         if (nr_shown++ == 0)
633                 resume = jiffies + 60 * HZ;
634
635         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
636                 current->comm, page_to_pfn(page));
637         __dump_page(page, reason);
638         dump_page_owner(page);
639
640         print_modules();
641         dump_stack();
642 out:
643         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
644         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
645         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
646 }
647
648 /*
649  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
650  *
651  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
652  *
653  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
654  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
655  *
656  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
657  * page destructors. See compound_page_dtors.
658  *
659  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
660  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
661  */
662
663 void free_compound_page(struct page *page)
664 {
665         mem_cgroup_uncharge(page);
666         __free_pages_ok(page, compound_order(page), FPI_NONE);
667 }
668
669 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
670 {
671         int i;
672         int nr_pages = 1 << order;
673
674         __SetPageHead(page);
675         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
676                 struct page *p = page + i;
677                 set_page_count(p, 0);
678                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
679                 set_compound_head(p, page);
680         }
681
682         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
683         set_compound_order(page, order);
684         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
685         if (hpage_pincount_available(page))
686                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
687 }
688
689 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
690 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
691
692 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
693                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
694 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
695 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
696 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
697
698 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
699
700 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
701 {
702         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
703 }
704 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
705
706 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
707 {
708         unsigned long res;
709
710         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
711                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
712                 return 0;
713         }
714         _debug_guardpage_minorder = res;
715         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
716         return 0;
717 }
718 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
719
720 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
721                                 unsigned int order, int migratetype)
722 {
723         if (!debug_guardpage_enabled())
724                 return false;
725
726         if (order >= debug_guardpage_minorder())
727                 return false;
728
729         __SetPageGuard(page);
730         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
731         set_page_private(page, order);
732         /* Guard pages are not available for any usage */
733         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
734
735         return true;
736 }
737
738 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
739                                 unsigned int order, int migratetype)
740 {
741         if (!debug_guardpage_enabled())
742                 return;
743
744         __ClearPageGuard(page);
745
746         set_page_private(page, 0);
747         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
748                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
749 }
750 #else
751 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
752                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
753 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
754                                 unsigned int order, int migratetype) {}
755 #endif
756
757 /*
758  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
759  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
760  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
761  * enabled, and then make decisions.
762  */
763 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
764 {
765         if (_init_on_alloc_enabled_early) {
766                 if (page_poisoning_enabled())
767                         pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
768                                 "will take precedence over init_on_alloc\n");
769                 else
770                         static_branch_enable(&init_on_alloc);
771         }
772         if (_init_on_free_enabled_early) {
773                 if (page_poisoning_enabled())
774                         pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
775                                 "will take precedence over init_on_free\n");
776                 else
777                         static_branch_enable(&init_on_free);
778         }
779
780 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
781         /*
782          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
783          * either of those options are enabled, enable poisoning.
784          */
785         if (page_poisoning_enabled() ||
786              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
787               debug_pagealloc_enabled()))
788                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
789 #endif
790
791 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
792         if (!debug_pagealloc_enabled())
793                 return;
794
795         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
796
797         if (!debug_guardpage_minorder())
798                 return;
799
800         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
801 #endif
802 }
803
804 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
805 {
806         set_page_private(page, order);
807         __SetPageBuddy(page);
808 }
809
810 /*
811  * This function checks whether a page is free && is the buddy
812  * we can coalesce a page and its buddy if
813  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
814  * (b) the buddy is in the buddy system &&
815  * (c) a page and its buddy have the same order &&
816  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
817  *
818  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
819  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
820  *
821  * For recording page's order, we use page_private(page).
822  */
823 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
824                                                         unsigned int order)
825 {
826         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
827                 return false;
828
829         if (buddy_order(buddy) != order)
830                 return false;
831
832         /*
833          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
834          * zone/node ids for pages that could never merge.
835          */
836         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
837                 return false;
838
839         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
840
841         return true;
842 }
843
844 #ifdef CONFIG_COMPACTION
845 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
846 {
847         struct capture_control *capc = current->capture_control;
848
849         return unlikely(capc) &&
850                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
851                 !capc->page &&
852                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
853 }
854
855 static inline bool
856 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
857                    int order, int migratetype)
858 {
859         if (!capc || order != capc->cc->order)
860                 return false;
861
862         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
863         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
864             is_migrate_isolate(migratetype))
865                 return false;
866
867         /*
868          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
869          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
870          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
871          * have trouble finding a high-order free page.
872          */
873         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
874                 return false;
875
876         capc->page = page;
877         return true;
878 }
879
880 #else
881 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
882 {
883         return NULL;
884 }
885
886 static inline bool
887 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
888                    int order, int migratetype)
889 {
890         return false;
891 }
892 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
893
894 /* Used for pages not on another list */
895 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
896                                     unsigned int order, int migratetype)
897 {
898         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
899
900         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
901         area->nr_free++;
902 }
903
904 /* Used for pages not on another list */
905 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
906                                          unsigned int order, int migratetype)
907 {
908         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
909
910         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
911         area->nr_free++;
912 }
913
914 /*
915  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
916  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
917  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
918  */
919 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
920                                      unsigned int order, int migratetype)
921 {
922         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
923
924         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
925 }
926
927 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
928                                            unsigned int order)
929 {
930         /* clear reported state and update reported page count */
931         if (page_reported(page))
932                 __ClearPageReported(page);
933
934         list_del(&page->lru);
935         __ClearPageBuddy(page);
936         set_page_private(page, 0);
937         zone->free_area[order].nr_free--;
938 }
939
940 /*
941  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
942  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
943  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
944  * that is happening, add the free page to the tail of the list
945  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
946  * as a higher order page
947  */
948 static inline bool
949 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
950                    struct page *page, unsigned int order)
951 {
952         struct page *higher_page, *higher_buddy;
953         unsigned long combined_pfn;
954
955         if (order >= MAX_ORDER - 2)
956                 return false;
957
958         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
959                 return false;
960
961         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
962         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
963         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
964         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
965
966         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
967                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
968 }
969
970 /*
971  * Freeing function for a buddy system allocator.
972  *
973  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
974  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
975  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
976  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
977  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
978  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
979  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
980  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
981  * parts of the VM system.
982  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
983  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
984  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
985  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
986  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
987  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
988  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
989  * triggers coalescing into a block of larger size.
990  *
991  * -- nyc
992  */
993
994 static inline void __free_one_page(struct page *page,
995                 unsigned long pfn,
996                 struct zone *zone, unsigned int order,
997                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
998 {
999         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1000         unsigned long buddy_pfn;
1001         unsigned long combined_pfn;
1002         unsigned int max_order;
1003         struct page *buddy;
1004         bool to_tail;
1005
1006         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER - 1, pageblock_order);
1007
1008         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1009         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1010
1011         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1012         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1013                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1014
1015         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1016         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1017
1018 continue_merging:
1019         while (order < max_order) {
1020                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1021                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1022                                                                 migratetype);
1023                         return;
1024                 }
1025                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1026                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1027
1028                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
1029                         goto done_merging;
1030                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1031                         goto done_merging;
1032                 /*
1033                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1034                  * merge with it and move up one order.
1035                  */
1036                 if (page_is_guard(buddy))
1037                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1038                 else
1039                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1040                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1041                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1042                 pfn = combined_pfn;
1043                 order++;
1044         }
1045         if (order < MAX_ORDER - 1) {
1046                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1047                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1048                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1049                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1050                  *
1051                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1052                  * low-order merging.
1053                  */
1054                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1055                         int buddy_mt;
1056
1057                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1058                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1059                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1060
1061                         if (migratetype != buddy_mt
1062                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1063                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1064                                 goto done_merging;
1065                 }
1066                 max_order = order + 1;
1067                 goto continue_merging;
1068         }
1069
1070 done_merging:
1071         set_buddy_order(page, order);
1072
1073         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1074                 to_tail = true;
1075         else if (is_shuffle_order(order))
1076                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1077         else
1078                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1079
1080         if (to_tail)
1081                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1082         else
1083                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1084
1085         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1086         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1087                 page_reporting_notify_free(order);
1088 }
1089
1090 /*
1091  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1092  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1093  * check if necessary.
1094  */
1095 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1096                                         unsigned long check_flags)
1097 {
1098         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1099                 return false;
1100
1101         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1102                         page_ref_count(page) |
1103 #ifdef CONFIG_MEMCG
1104                         (unsigned long)page_memcg(page) |
1105 #endif
1106                         (page->flags & check_flags)))
1107                 return false;
1108
1109         return true;
1110 }
1111
1112 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1113 {
1114         const char *bad_reason = NULL;
1115
1116         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1117                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1118         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1119                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1120         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1121                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1122         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1123                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1124                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1125                 else
1126                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1127         }
1128 #ifdef CONFIG_MEMCG
1129         if (unlikely(page_memcg(page)))
1130                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1131 #endif
1132         return bad_reason;
1133 }
1134
1135 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1136 {
1137         bad_page(page,
1138                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1139 }
1140
1141 static inline int check_free_page(struct page *page)
1142 {
1143         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1144                 return 0;
1145
1146         /* Something has gone sideways, find it */
1147         check_free_page_bad(page);
1148         return 1;
1149 }
1150
1151 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1152 {
1153         int ret = 1;
1154
1155         /*
1156          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1157          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1158          */
1159         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1160
1161         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1162                 ret = 0;
1163                 goto out;
1164         }
1165         switch (page - head_page) {
1166         case 1:
1167                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1168                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1169                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1170                         goto out;
1171                 }
1172                 break;
1173         case 2:
1174                 /*
1175                  * the second tail page: ->mapping is
1176                  * deferred_list.next -- ignore value.
1177                  */
1178                 break;
1179         default:
1180                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1181                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1182                         goto out;
1183                 }
1184                 break;
1185         }
1186         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1187                 bad_page(page, "PageTail not set");
1188                 goto out;
1189         }
1190         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1191                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1192                 goto out;
1193         }
1194         ret = 0;
1195 out:
1196         page->mapping = NULL;
1197         clear_compound_head(page);
1198         return ret;
1199 }
1200
1201 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1202 {
1203         int i;
1204
1205         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1206         kasan_disable_current();
1207         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1208                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1209                 clear_highpage(page + i);
1210         }
1211         kasan_enable_current();
1212 }
1213
1214 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1215                                         unsigned int order, bool check_free)
1216 {
1217         int bad = 0;
1218
1219         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1220
1221         trace_mm_page_free(page, order);
1222
1223         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1224                 /*
1225                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1226                  * Untie memcg state and reset page's owner
1227                  */
1228                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1229                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1230                 reset_page_owner(page, order);
1231                 return false;
1232         }
1233
1234         /*
1235          * Check tail pages before head page information is cleared to
1236          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1237          */
1238         if (unlikely(order)) {
1239                 bool compound = PageCompound(page);
1240                 int i;
1241
1242                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1243
1244                 if (compound)
1245                         ClearPageDoubleMap(page);
1246                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1247                         if (compound)
1248                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1249                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1250                                 bad++;
1251                                 continue;
1252                         }
1253                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1254                 }
1255         }
1256         if (PageMappingFlags(page))
1257                 page->mapping = NULL;
1258         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1259                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1260         if (check_free)
1261                 bad += check_free_page(page);
1262         if (bad)
1263                 return false;
1264
1265         page_cpupid_reset_last(page);
1266         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1267         reset_page_owner(page, order);
1268
1269         if (!PageHighMem(page)) {
1270                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1271                                            PAGE_SIZE << order);
1272                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1273                                            PAGE_SIZE << order);
1274         }
1275         if (want_init_on_free())
1276                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1277
1278         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1279
1280         /*
1281          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1282          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1283          * happen after this.
1284          */
1285         arch_free_page(page, order);
1286
1287         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1288
1289         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1290
1291         return true;
1292 }
1293
1294 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1295 /*
1296  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1297  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1298  * moved from pcp lists to free lists.
1299  */
1300 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1301 {
1302         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1303 }
1304
1305 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1306 {
1307         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1308                 return check_free_page(page);
1309         else
1310                 return false;
1311 }
1312 #else
1313 /*
1314  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1315  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1316  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1317  * to the pcp lists.
1318  */
1319 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1320 {
1321         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1322                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1323         else
1324                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1325 }
1326
1327 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1328 {
1329         return check_free_page(page);
1330 }
1331 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1332
1333 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1334 {
1335         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1336         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1337         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1338
1339         prefetch(buddy);
1340 }
1341
1342 /*
1343  * Frees a number of pages from the PCP lists
1344  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1345  * count is the number of pages to free.
1346  *
1347  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1348  * see if this freeing clears that state.
1349  *
1350  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1351  * pinned" detection logic.
1352  */
1353 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1354                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1355 {
1356         int migratetype = 0;
1357         int batch_free = 0;
1358         int prefetch_nr = READ_ONCE(pcp->batch);
1359         bool isolated_pageblocks;
1360         struct page *page, *tmp;
1361         LIST_HEAD(head);
1362
1363         /*
1364          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1365          * below while (list_empty(list)) loop.
1366          */
1367         count = min(pcp->count, count);
1368         while (count) {
1369                 struct list_head *list;
1370
1371                 /*
1372                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1373                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1374                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1375                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1376                  * lists
1377                  */
1378                 do {
1379                         batch_free++;
1380                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1381                                 migratetype = 0;
1382                         list = &pcp->lists[migratetype];
1383                 } while (list_empty(list));
1384
1385                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1386                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1387                         batch_free = count;
1388
1389                 do {
1390                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1391                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1392                         list_del(&page->lru);
1393                         pcp->count--;
1394
1395                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1396                                 continue;
1397
1398                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1399
1400                         /*
1401                          * We are going to put the page back to the global
1402                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1403                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1404                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1405                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1406                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1407                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1408                          */
1409                         if (prefetch_nr) {
1410                                 prefetch_buddy(page);
1411                                 prefetch_nr--;
1412                         }
1413                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1414         }
1415
1416         spin_lock(&zone->lock);
1417         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1418
1419         /*
1420          * Use safe version since after __free_one_page(),
1421          * page->lru.next will not point to original list.
1422          */
1423         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1424                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1425                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1426                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1427                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1428                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1429                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1430
1431                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt, FPI_NONE);
1432                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1433         }
1434         spin_unlock(&zone->lock);
1435 }
1436
1437 static void free_one_page(struct zone *zone,
1438                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1439                                 unsigned int order,
1440                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1441 {
1442         spin_lock(&zone->lock);
1443         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1444                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1445                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1446         }
1447         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1448         spin_unlock(&zone->lock);
1449 }
1450
1451 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1452                                 unsigned long zone, int nid)
1453 {
1454         mm_zero_struct_page(page);
1455         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1456         init_page_count(page);
1457         page_mapcount_reset(page);
1458         page_cpupid_reset_last(page);
1459         page_kasan_tag_reset(page);
1460
1461         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1462 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1463         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1464         if (!is_highmem_idx(zone))
1465                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1466 #endif
1467 }
1468
1469 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1470 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1471 {
1472         pg_data_t *pgdat;
1473         int nid, zid;
1474
1475         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1476                 return;
1477
1478         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1479         pgdat = NODE_DATA(nid);
1480
1481         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1482                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1483
1484                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1485                         break;
1486         }
1487         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1488 }
1489 #else
1490 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1491 {
1492 }
1493 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1494
1495 /*
1496  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1497  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1498  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1499  * sent to the buddy page allocator.
1500  */
1501 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1502 {
1503         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1504         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1505
1506         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1507                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1508                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1509
1510                         init_reserved_page(start_pfn);
1511
1512                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1513                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1514
1515                         /*
1516                          * no need for atomic set_bit because the struct
1517                          * page is not visible yet so nobody should
1518                          * access it yet.
1519                          */
1520                         __SetPageReserved(page);
1521                 }
1522         }
1523 }
1524
1525 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1526                             fpi_t fpi_flags)
1527 {
1528         unsigned long flags;
1529         int migratetype;
1530         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1531
1532         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1533                 return;
1534
1535         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1536         local_irq_save(flags);
1537         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1538         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype,
1539                       fpi_flags);
1540         local_irq_restore(flags);
1541 }
1542
1543 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1544 {
1545         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1546         struct page *p = page;
1547         unsigned int loop;
1548
1549         /*
1550          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1551          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1552          * refcount of all involved pages to 0.
1553          */
1554         prefetchw(p);
1555         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1556                 prefetchw(p + 1);
1557                 __ClearPageReserved(p);
1558                 set_page_count(p, 0);
1559         }
1560         __ClearPageReserved(p);
1561         set_page_count(p, 0);
1562
1563         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1564
1565         /*
1566          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1567          * relevant for memory onlining.
1568          */
1569         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL);
1570 }
1571
1572 #ifdef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
1573
1574 /*
1575  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1576  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1577  * treats start/end as pfns.
1578  */
1579 struct mminit_pfnnid_cache {
1580         unsigned long last_start;
1581         unsigned long last_end;
1582         int last_nid;
1583 };
1584
1585 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1586
1587 /*
1588  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1589  */
1590 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1591                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1592 {
1593         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1594         int nid;
1595
1596         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1597                 return state->last_nid;
1598
1599         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1600         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1601                 state->last_start = start_pfn;
1602                 state->last_end = end_pfn;
1603                 state->last_nid = nid;
1604         }
1605
1606         return nid;
1607 }
1608
1609 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1610 {
1611         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1612         int nid;
1613
1614         spin_lock(&early_pfn_lock);
1615         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1616         if (nid < 0)
1617                 nid = first_online_node;
1618         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1619
1620         return nid;
1621 }
1622 #endif /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1623
1624 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1625                                                         unsigned int order)
1626 {
1627         if (early_page_uninitialised(pfn))
1628                 return;
1629         __free_pages_core(page, order);
1630 }
1631
1632 /*
1633  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1634  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1635  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1636  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1637  * pageblocks.
1638  *
1639  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1640  *
1641  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1642  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1643  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1644  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1645  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1646  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1647  * page in a pageblock.
1648  */
1649 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1650                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1651 {
1652         struct page *start_page;
1653         struct page *end_page;
1654
1655         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1656         end_pfn--;
1657
1658         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1659                 return NULL;
1660
1661         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1662         if (!start_page)
1663                 return NULL;
1664
1665         if (page_zone(start_page) != zone)
1666                 return NULL;
1667
1668         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1669
1670         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1671         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1672                 return NULL;
1673
1674         return start_page;
1675 }
1676
1677 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1678 {
1679         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1680         unsigned long block_end_pfn;
1681
1682         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1683         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1684                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1685                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1686
1687                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1688
1689                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1690                                              block_end_pfn, zone))
1691                         return;
1692                 cond_resched();
1693         }
1694
1695         /* We confirm that there is no hole */
1696         zone->contiguous = true;
1697 }
1698
1699 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1700 {
1701         zone->contiguous = false;
1702 }
1703
1704 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1705 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1706                                        unsigned long nr_pages)
1707 {
1708         struct page *page;
1709         unsigned long i;
1710
1711         if (!nr_pages)
1712                 return;
1713
1714         page = pfn_to_page(pfn);
1715
1716         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1717         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1718             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1719                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1720                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1721                 return;
1722         }
1723
1724         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1725                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1726                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1727                 __free_pages_core(page, 0);
1728         }
1729 }
1730
1731 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1732 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1733 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1734
1735 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1736 {
1737         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1738                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1739 }
1740
1741 /*
1742  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1743  *
1744  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1745  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1746  * function is optimized out.
1747  *
1748  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1749  * of the head pfn.
1750  */
1751 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1752 {
1753         if (!pfn_valid_within(pfn))
1754                 return false;
1755         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1756                 return false;
1757         return true;
1758 }
1759
1760 /*
1761  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1762  * pageblock_nr_pages sizes.
1763  */
1764 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1765                                        unsigned long end_pfn)
1766 {
1767         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1768         unsigned long nr_free = 0;
1769
1770         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1771                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1772                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1773                         nr_free = 0;
1774                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1775                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1776                         nr_free = 1;
1777                 } else {
1778                         nr_free++;
1779                 }
1780         }
1781         /* Free the last block of pages to allocator */
1782         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1783 }
1784
1785 /*
1786  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1787  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1788  * Return number of pages initialized.
1789  */
1790 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1791                                                  unsigned long pfn,
1792                                                  unsigned long end_pfn)
1793 {
1794         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1795         int nid = zone_to_nid(zone);
1796         unsigned long nr_pages = 0;
1797         int zid = zone_idx(zone);
1798         struct page *page = NULL;
1799
1800         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1801                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1802                         page = NULL;
1803                         continue;
1804                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1805                         page = pfn_to_page(pfn);
1806                 } else {
1807                         page++;
1808                 }
1809                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1810                 nr_pages++;
1811         }
1812         return (nr_pages);
1813 }
1814
1815 /*
1816  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1817  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1818  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1819  * return false indicating there are no valid ranges left.
1820  */
1821 static bool __init
1822 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1823                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1824                                     unsigned long first_init_pfn)
1825 {
1826         u64 j;
1827
1828         /*
1829          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1830          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1831          * so we just need to flush them out of the system.
1832          */
1833         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1834                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1835                         continue;
1836                 if (*spfn < first_init_pfn)
1837                         *spfn = first_init_pfn;
1838                 *i = j;
1839                 return true;
1840         }
1841
1842         return false;
1843 }
1844
1845 /*
1846  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1847  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1848  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1849  * page in __free_one_page()).
1850  *
1851  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1852  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1853  * any issues with the buddy page computation.
1854  */
1855 static unsigned long __init
1856 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1857                        unsigned long *end_pfn)
1858 {
1859         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1860         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1861         unsigned long nr_pages = 0;
1862         u64 j = *i;
1863
1864         /* First we loop through and initialize the page values */
1865         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1866                 unsigned long t;
1867
1868                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1869                         break;
1870
1871                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1872                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1873
1874                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1875                         *start_pfn = mo_pfn;
1876                         break;
1877                 }
1878         }
1879
1880         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1881         swap(j, *i);
1882
1883         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1884                 unsigned long t;
1885
1886                 if (mo_pfn <= spfn)
1887                         break;
1888
1889                 t = min(mo_pfn, epfn);
1890                 deferred_free_pages(spfn, t);
1891
1892                 if (mo_pfn <= epfn)
1893                         break;
1894         }
1895
1896         return nr_pages;
1897 }
1898
1899 static void __init
1900 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1901                            void *arg)
1902 {
1903         unsigned long spfn, epfn;
1904         struct zone *zone = arg;
1905         u64 i;
1906
1907         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
1908
1909         /*
1910          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
1911          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
1912          */
1913         while (spfn < end_pfn) {
1914                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1915                 cond_resched();
1916         }
1917 }
1918
1919 /* An arch may override for more concurrency. */
1920 __weak int __init
1921 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
1922 {
1923         return 1;
1924 }
1925
1926 /* Initialise remaining memory on a node */
1927 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1928 {
1929         pg_data_t *pgdat = data;
1930         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1931         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
1932         unsigned long first_init_pfn, flags;
1933         unsigned long start = jiffies;
1934         struct zone *zone;
1935         int zid, max_threads;
1936         u64 i;
1937
1938         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1939         if (!cpumask_empty(cpumask))
1940                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1941
1942         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1943         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1944         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1945                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1946                 pgdat_init_report_one_done();
1947                 return 0;
1948         }
1949
1950         /* Sanity check boundaries */
1951         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1952         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1953         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1954
1955         /*
1956          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
1957          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
1958          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
1959          */
1960         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1961
1962         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1963         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1964                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1965                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1966                         break;
1967         }
1968
1969         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1970         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1971                                                  first_init_pfn))
1972                 goto zone_empty;
1973
1974         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
1975
1976         while (spfn < epfn) {
1977                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
1978                 struct padata_mt_job job = {
1979                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
1980                         .fn_arg      = zone,
1981                         .start       = spfn,
1982                         .size        = epfn_align - spfn,
1983                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
1984                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
1985                         .max_threads = max_threads,
1986                 };
1987
1988                 padata_do_multithreaded(&job);
1989                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1990                                                     epfn_align);
1991         }
1992 zone_empty:
1993         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1994         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1995
1996         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
1997                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1998
1999         pgdat_init_report_one_done();
2000         return 0;
2001 }
2002
2003 /*
2004  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2005  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2006  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2007  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2008  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2009  *
2010  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2011  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2012  * enough pages to satisfy the allocation.
2013  *
2014  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2015  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2016  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2017  */
2018 static noinline bool __init
2019 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2020 {
2021         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2022         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2023         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2024         unsigned long spfn, epfn, flags;
2025         unsigned long nr_pages = 0;
2026         u64 i;
2027
2028         /* Only the last zone may have deferred pages */
2029         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2030                 return false;
2031
2032         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2033
2034         /*
2035          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2036          * true, as there might be enough pages already.
2037          */
2038         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2039                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2040                 return true;
2041         }
2042
2043         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2044         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2045                                                  first_deferred_pfn)) {
2046                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2047                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2048                 /* Retry only once. */
2049                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2050         }
2051
2052         /*
2053          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2054          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2055          * allocator.
2056          */
2057         while (spfn < epfn) {
2058                 /* update our first deferred PFN for this section */
2059                 first_deferred_pfn = spfn;
2060
2061                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2062                 touch_nmi_watchdog();
2063
2064                 /* We should only stop along section boundaries */
2065                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2066                         continue;
2067
2068                 /* If our quota has been met we can stop here */
2069                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2070                         break;
2071         }
2072
2073         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2074         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2075
2076         return nr_pages > 0;
2077 }
2078
2079 /*
2080  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2081  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2082  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2083  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2084  */
2085 static bool __ref
2086 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2087 {
2088         return deferred_grow_zone(zone, order);
2089 }
2090
2091 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2092
2093 void __init page_alloc_init_late(void)
2094 {
2095         struct zone *zone;
2096         int nid;
2097
2098 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2099
2100         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2101         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2102         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2103                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2104         }
2105
2106         /* Block until all are initialised */
2107         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2108
2109         /*
2110          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
2111          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
2112          * will be artificially small.
2113          */
2114         for_each_populated_zone(zone)
2115                 zone_pcp_update(zone);
2116
2117         /*
2118          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2119          * on-demand struct page initialization.
2120          */
2121         static_branch_disable(&deferred_pages);
2122
2123         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2124         files_maxfiles_init();
2125 #endif
2126
2127         buffer_init();
2128
2129         /* Discard memblock private memory */
2130         memblock_discard();
2131
2132         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2133                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2134
2135         for_each_populated_zone(zone)
2136                 set_zone_contiguous(zone);
2137 }
2138
2139 #ifdef CONFIG_CMA
2140 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2141 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2142 {
2143         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2144         struct page *p = page;
2145
2146         do {
2147                 __ClearPageReserved(p);
2148                 set_page_count(p, 0);
2149         } while (++p, --i);
2150
2151         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2152
2153         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2154                 i = pageblock_nr_pages;
2155                 p = page;
2156                 do {
2157                         set_page_refcounted(p);
2158                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2159                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2160                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2161         } else {
2162                 set_page_refcounted(page);
2163                 __free_pages(page, pageblock_order);
2164         }
2165
2166         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2167 }
2168 #endif
2169
2170 /*
2171  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2172  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2173  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2174  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2175  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2176  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2177  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2178  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2179  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2180  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2181  *
2182  * -- nyc
2183  */
2184 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2185         int low, int high, int migratetype)
2186 {
2187         unsigned long size = 1 << high;
2188
2189         while (high > low) {
2190                 high--;
2191                 size >>= 1;
2192                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2193
2194                 /*
2195                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2196                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2197                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2198                  * pages will stay not present in virtual address space
2199                  */
2200                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2201                         continue;
2202
2203                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2204                 set_buddy_order(&page[size], high);
2205         }
2206 }
2207
2208 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2209 {
2210         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2211                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2212                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2213                 return;
2214         }
2215
2216         bad_page(page,
2217                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2218 }
2219
2220 /*
2221  * This page is about to be returned from the page allocator
2222  */
2223 static inline int check_new_page(struct page *page)
2224 {
2225         if (likely(page_expected_state(page,
2226                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2227                 return 0;
2228
2229         check_new_page_bad(page);
2230         return 1;
2231 }
2232
2233 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2234 /*
2235  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2236  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2237  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2238  */
2239 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2240 {
2241         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2242                 return check_new_page(page);
2243         else
2244                 return false;
2245 }
2246
2247 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2248 {
2249         return check_new_page(page);
2250 }
2251 #else
2252 /*
2253  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2254  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2255  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2256  */
2257 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2258 {
2259         return check_new_page(page);
2260 }
2261 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2262 {
2263         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2264                 return check_new_page(page);
2265         else
2266                 return false;
2267 }
2268 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2269
2270 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2271 {
2272         int i;
2273         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2274                 struct page *p = page + i;
2275
2276                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2277                         return true;
2278         }
2279
2280         return false;
2281 }
2282
2283 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2284                                 gfp_t gfp_flags)
2285 {
2286         set_page_private(page, 0);
2287         set_page_refcounted(page);
2288
2289         arch_alloc_page(page, order);
2290         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2291         kasan_alloc_pages(page, order);
2292         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2293         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2294
2295         if (!want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2296                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2297 }
2298
2299 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2300                                                         unsigned int alloc_flags)
2301 {
2302         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2303
2304         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2305                 prep_compound_page(page, order);
2306
2307         /*
2308          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2309          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2310          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2311          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2312          */
2313         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2314                 set_page_pfmemalloc(page);
2315         else
2316                 clear_page_pfmemalloc(page);
2317 }
2318
2319 /*
2320  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2321  * the smallest available page from the freelists
2322  */
2323 static __always_inline
2324 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2325                                                 int migratetype)
2326 {
2327         unsigned int current_order;
2328         struct free_area *area;
2329         struct page *page;
2330
2331         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2332         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2333                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2334                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2335                 if (!page)
2336                         continue;
2337                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2338                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2339                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2340                 return page;
2341         }
2342
2343         return NULL;
2344 }
2345
2346
2347 /*
2348  * This array describes the order lists are fallen back to when
2349  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2350  */
2351 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2352         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2353         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2354         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2355 #ifdef CONFIG_CMA
2356         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2357 #endif
2358 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2359         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2360 #endif
2361 };
2362
2363 #ifdef CONFIG_CMA
2364 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2365                                         unsigned int order)
2366 {
2367         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2368 }
2369 #else
2370 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2371                                         unsigned int order) { return NULL; }
2372 #endif
2373
2374 /*
2375  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2376  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2377  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2378  */
2379 static int move_freepages(struct zone *zone,
2380                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2381                           int migratetype, int *num_movable)
2382 {
2383         struct page *page;
2384         unsigned int order;
2385         int pages_moved = 0;
2386
2387         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2388                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2389                         page++;
2390                         continue;
2391                 }
2392
2393                 if (!PageBuddy(page)) {
2394                         /*
2395                          * We assume that pages that could be isolated for
2396                          * migration are movable. But we don't actually try
2397                          * isolating, as that would be expensive.
2398                          */
2399                         if (num_movable &&
2400                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2401                                 (*num_movable)++;
2402
2403                         page++;
2404                         continue;
2405                 }
2406
2407                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2408                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2409                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2410
2411                 order = buddy_order(page);
2412                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2413                 page += 1 << order;
2414                 pages_moved += 1 << order;
2415         }
2416
2417         return pages_moved;
2418 }
2419
2420 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2421                                 int migratetype, int *num_movable)
2422 {
2423         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2424         struct page *start_page, *end_page;
2425
2426         if (num_movable)
2427                 *num_movable = 0;
2428
2429         start_pfn = page_to_pfn(page);
2430         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2431         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2432         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2433         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2434
2435         /* Do not cross zone boundaries */
2436         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2437                 start_page = page;
2438         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2439                 return 0;
2440
2441         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2442                                                                 num_movable);
2443 }
2444
2445 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2446                                         int start_order, int migratetype)
2447 {
2448         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2449
2450         while (nr_pageblocks--) {
2451                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2452                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2453         }
2454 }
2455
2456 /*
2457  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2458  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2459  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2460  *
2461  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2462  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2463  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2464  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2465  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2466  * pageblocks.
2467  */
2468 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2469 {
2470         /*
2471          * Leaving this order check is intended, although there is
2472          * relaxed order check in next check. The reason is that
2473          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2474          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2475          * so could be changed anytime.
2476          */
2477         if (order >= pageblock_order)
2478                 return true;
2479
2480         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2481                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2482                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2483                 page_group_by_mobility_disabled)
2484                 return true;
2485
2486         return false;
2487 }
2488
2489 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2490 {
2491         unsigned long max_boost;
2492
2493         if (!watermark_boost_factor)
2494                 return false;
2495         /*
2496          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2497          * On small machines, including kdump capture kernels running
2498          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2499          * memory situation immediately.
2500          */
2501         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2502                 return false;
2503
2504         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2505                         watermark_boost_factor, 10000);
2506
2507         /*
2508          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2509          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2510          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2511          * allocations that early means that reclaim is not going
2512          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2513          * boosted watermark resulting in a hang.
2514          */
2515         if (!max_boost)
2516                 return false;
2517
2518         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2519
2520         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2521                 max_boost);
2522
2523         return true;
2524 }
2525
2526 /*
2527  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2528  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2529  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2530  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2531  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2532  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2533  */
2534 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2535                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2536 {
2537         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2538         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2539         int old_block_type;
2540
2541         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2542
2543         /*
2544          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2545          * highatomic accounting.
2546          */
2547         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2548                 goto single_page;
2549
2550         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2551         if (current_order >= pageblock_order) {
2552                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2553                 goto single_page;
2554         }
2555
2556         /*
2557          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2558          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2559          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2560          */
2561         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2562                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2563
2564         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2565         if (!whole_block)
2566                 goto single_page;
2567
2568         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2569                                                 &movable_pages);
2570         /*
2571          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2572          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2573          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2574          */
2575         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2576                 alike_pages = movable_pages;
2577         } else {
2578                 /*
2579                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2580                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2581                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2582                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2583                  * exact migratetype of non-movable pages.
2584                  */
2585                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2586                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2587                                                 - (free_pages + movable_pages);
2588                 else
2589                         alike_pages = 0;
2590         }
2591
2592         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2593         if (!free_pages)
2594                 goto single_page;
2595
2596         /*
2597          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2598          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2599          */
2600         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2601                         page_group_by_mobility_disabled)
2602                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2603
2604         return;
2605
2606 single_page:
2607         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2608 }
2609
2610 /*
2611  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2612  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2613  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2614  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2615  */
2616 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2617                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2618 {
2619         int i;
2620         int fallback_mt;
2621
2622         if (area->nr_free == 0)
2623                 return -1;
2624
2625         *can_steal = false;
2626         for (i = 0;; i++) {
2627                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2628                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2629                         break;
2630
2631                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2632                         continue;
2633
2634                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2635                         *can_steal = true;
2636
2637                 if (!only_stealable)
2638                         return fallback_mt;
2639
2640                 if (*can_steal)
2641                         return fallback_mt;
2642         }
2643
2644         return -1;
2645 }
2646
2647 /*
2648  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2649  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2650  */
2651 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2652                                 unsigned int alloc_order)
2653 {
2654         int mt;
2655         unsigned long max_managed, flags;
2656
2657         /*
2658          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2659          * Check is race-prone but harmless.
2660          */
2661         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2662         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2663                 return;
2664
2665         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2666
2667         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2668         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2669                 goto out_unlock;
2670
2671         /* Yoink! */
2672         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2673         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2674             && !is_migrate_cma(mt)) {
2675                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2676                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2677                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2678         }
2679
2680 out_unlock:
2681         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2682 }
2683
2684 /*
2685  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2686  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2687  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2688  * to recover from than an OOM.
2689  *
2690  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2691  * pageblock is exhausted.
2692  */
2693 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2694                                                 bool force)
2695 {
2696         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2697         unsigned long flags;
2698         struct zoneref *z;
2699         struct zone *zone;
2700         struct page *page;
2701         int order;
2702         bool ret;
2703
2704         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2705                                                                 ac->nodemask) {
2706                 /*
2707                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2708                  * is really high.
2709                  */
2710                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2711                                         pageblock_nr_pages)
2712                         continue;
2713
2714                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2715                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2716                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2717
2718                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2719                         if (!page)
2720                                 continue;
2721
2722                         /*
2723                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2724                          * we can counter several free pages in a pageblock
2725                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2726                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2727                          * adjust the count once.
2728                          */
2729                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2730                                 /*
2731                                  * It should never happen but changes to
2732                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2733                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2734                                  * while unreserving so be safe and watch for
2735                                  * underflows.
2736                                  */
2737                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2738                                                 pageblock_nr_pages,
2739                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2740                         }
2741
2742                         /*
2743                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2744                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2745                          * is doing the work and needs the pages. More
2746                          * importantly, if the block was always converted to
2747                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2748                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2749                          * may increase.
2750                          */
2751                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2752                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2753                                                                         NULL);
2754                         if (ret) {
2755                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2756                                 return ret;
2757                         }
2758                 }
2759                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2760         }
2761
2762         return false;
2763 }
2764
2765 /*
2766  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2767  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2768  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2769  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2770  *
2771  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2772  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2773  * condition simpler.
2774  */
2775 static __always_inline bool
2776 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2777                                                 unsigned int alloc_flags)
2778 {
2779         struct free_area *area;
2780         int current_order;
2781         int min_order = order;
2782         struct page *page;
2783         int fallback_mt;
2784         bool can_steal;
2785
2786         /*
2787          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2788          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2789          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2790          */
2791         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2792                 min_order = pageblock_order;
2793
2794         /*
2795          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2796          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2797          * would be too costly to do exactly.
2798          */
2799         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2800                                 --current_order) {
2801                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2802                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2803                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2804                 if (fallback_mt == -1)
2805                         continue;
2806
2807                 /*
2808                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2809                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2810                  * steal and split the smallest available page instead of the
2811                  * largest available page, because even if the next movable
2812                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2813                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2814                  */
2815                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2816                                         && current_order > order)
2817                         goto find_smallest;
2818
2819                 goto do_steal;
2820         }
2821
2822         return false;
2823
2824 find_smallest:
2825         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2826                                                         current_order++) {
2827                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2828                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2829                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2830                 if (fallback_mt != -1)
2831                         break;
2832         }
2833
2834         /*
2835          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2836          * when looking for the largest page.
2837          */
2838         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2839
2840 do_steal:
2841         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2842
2843         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2844                                                                 can_steal);
2845
2846         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2847                 start_migratetype, fallback_mt);
2848
2849         return true;
2850
2851 }
2852
2853 /*
2854  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2855  * Call me with the zone->lock already held.
2856  */
2857 static __always_inline struct page *
2858 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2859                                                 unsigned int alloc_flags)
2860 {
2861         struct page *page;
2862
2863 #ifdef CONFIG_CMA
2864         /*
2865          * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2866          * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2867          * is in the CMA area.
2868          */
2869         if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2870             zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2871             zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2872                 page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2873                 if (page)
2874                         return page;
2875         }
2876 #endif
2877 retry:
2878         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2879         if (unlikely(!page)) {
2880                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2881                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2882
2883                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2884                                                                 alloc_flags))
2885                         goto retry;
2886         }
2887
2888         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2889         return page;
2890 }
2891
2892 /*
2893  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2894  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2895  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2896  */
2897 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2898                         unsigned long count, struct list_head *list,
2899                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2900 {
2901         int i, alloced = 0;
2902
2903         spin_lock(&zone->lock);
2904         for (i = 0; i < count; ++i) {
2905                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2906                                                                 alloc_flags);
2907                 if (unlikely(page == NULL))
2908                         break;
2909
2910                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2911                         continue;
2912
2913                 /*
2914                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2915                  * physical page order. The page is added to the tail of
2916                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2917                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2918                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2919                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2920                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2921                  * pages are ordered properly.
2922                  */
2923                 list_add_tail(&page->lru, list);
2924                 alloced++;
2925                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2926                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2927                                               -(1 << order));
2928         }
2929
2930         /*
2931          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2932          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2933          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2934          * pages added to the pcp list.
2935          */
2936         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2937         spin_unlock(&zone->lock);
2938         return alloced;
2939 }
2940
2941 #ifdef CONFIG_NUMA
2942 /*
2943  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2944  * currently executing processor on remote nodes after they have
2945  * expired.
2946  *
2947  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2948  * a single processor.
2949  */
2950 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2951 {
2952         unsigned long flags;
2953         int to_drain, batch;
2954
2955         local_irq_save(flags);
2956         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2957         to_drain = min(pcp->count, batch);
2958         if (to_drain > 0)
2959                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2960         local_irq_restore(flags);
2961 }
2962 #endif
2963
2964 /*
2965  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2966  *
2967  * The processor must either be the current processor and the
2968  * thread pinned to the current processor or a processor that
2969  * is not online.
2970  */
2971 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2972 {
2973         unsigned long flags;
2974         struct per_cpu_pageset *pset;
2975         struct per_cpu_pages *pcp;
2976
2977         local_irq_save(flags);
2978         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2979
2980         pcp = &pset->pcp;
2981         if (pcp->count)
2982                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2983         local_irq_restore(flags);
2984 }
2985
2986 /*
2987  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2988  *
2989  * The processor must either be the current processor and the
2990  * thread pinned to the current processor or a processor that
2991  * is not online.
2992  */
2993 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2994 {
2995         struct zone *zone;
2996
2997         for_each_populated_zone(zone) {
2998                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2999         }
3000 }
3001
3002 /*
3003  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3004  *
3005  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3006  * the single zone's pages.
3007  */
3008 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3009 {
3010         int cpu = smp_processor_id();
3011
3012         if (zone)
3013                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3014         else
3015                 drain_pages(cpu);
3016 }
3017
3018 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3019 {
3020         struct pcpu_drain *drain;
3021
3022         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3023
3024         /*
3025          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3026          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3027          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3028          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
3029          * a different one.
3030          */
3031         preempt_disable();
3032         drain_local_pages(drain->zone);
3033         preempt_enable();
3034 }
3035
3036 /*
3037  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3038  * drain on all cpus.
3039  *
3040  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3041  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3042  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3043  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3044  * optimizing racy check.
3045  */
3046 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3047 {
3048         int cpu;
3049
3050         /*
3051          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
3052          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3053          */
3054         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3055
3056         /*
3057          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3058          * initialized.
3059          */
3060         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3061                 return;
3062
3063         /*
3064          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3065          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3066          * the drain to be complete when the call returns.
3067          */
3068         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3069                 if (!zone)
3070                         return;
3071                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3072         }
3073
3074         /*
3075          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3076          * as offline notification will cause the notified
3077          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3078          * disables preemption as part of its processing
3079          */
3080         for_each_online_cpu(cpu) {
3081                 struct per_cpu_pageset *pcp;
3082                 struct zone *z;
3083                 bool has_pcps = false;
3084
3085                 if (force_all_cpus) {
3086                         /*
3087                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3088                          * guarantee that no cpu is missed.
3089                          */
3090                         has_pcps = true;
3091                 } else if (zone) {
3092                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3093                         if (pcp->pcp.count)
3094                                 has_pcps = true;
3095                 } else {
3096                         for_each_populated_zone(z) {
3097                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
3098                                 if (pcp->pcp.count) {
3099                                         has_pcps = true;
3100                                         break;
3101                                 }
3102                         }
3103                 }
3104
3105                 if (has_pcps)
3106                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3107                 else
3108                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3109         }
3110
3111         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3112                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3113
3114                 drain->zone = zone;
3115                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3116                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3117         }
3118         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3119                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3120
3121         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3122 }
3123
3124 /*
3125  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3126  *
3127  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3128  *
3129  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3130  */
3131 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3132 {
3133         __drain_all_pages(zone, false);
3134 }
3135
3136 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3137
3138 /*
3139  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3140  */
3141 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3142
3143 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3144 {
3145         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3146         unsigned long flags;
3147         unsigned int order, t;
3148         struct page *page;
3149
3150         if (zone_is_empty(zone))
3151                 return;
3152
3153         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3154
3155         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3156         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3157                 if (pfn_valid(pfn)) {
3158                         page = pfn_to_page(pfn);
3159
3160                         if (!--page_count) {
3161                                 touch_nmi_watchdog();
3162                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3163                         }
3164
3165                         if (page_zone(page) != zone)
3166                                 continue;
3167
3168                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3169                                 swsusp_unset_page_free(page);
3170                 }
3171
3172         for_each_migratetype_order(order, t) {
3173                 list_for_each_entry(page,
3174                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3175                         unsigned long i;
3176
3177                         pfn = page_to_pfn(page);
3178                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3179                                 if (!--page_count) {
3180                                         touch_nmi_watchdog();
3181                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3182                                 }
3183                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3184                         }
3185                 }
3186         }
3187         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3188 }
3189 #endif /* CONFIG_PM */
3190
3191 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3192 {
3193         int migratetype;
3194
3195         if (!free_pcp_prepare(page))
3196                 return false;
3197
3198         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3199         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3200         return true;
3201 }
3202
3203 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3204 {
3205         struct zone *zone = page_zone(page);
3206         struct per_cpu_pages *pcp;
3207         int migratetype;
3208
3209         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3210         __count_vm_event(PGFREE);
3211
3212         /*
3213          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3214          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3215          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3216          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3217          * excessively into the page allocator
3218          */
3219         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3220                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3221                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype,
3222                                       FPI_NONE);
3223                         return;
3224                 }
3225                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3226         }
3227
3228         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3229         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3230         pcp->count++;
3231         if (pcp->count >= READ_ONCE(pcp->high))
3232                 free_pcppages_bulk(zone, READ_ONCE(pcp->batch), pcp);
3233 }
3234
3235 /*
3236  * Free a 0-order page
3237  */
3238 void free_unref_page(struct page *page)
3239 {
3240         unsigned long flags;
3241         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3242
3243         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3244                 return;
3245
3246         local_irq_save(flags);
3247         free_unref_page_commit(page, pfn);
3248         local_irq_restore(flags);
3249 }
3250
3251 /*
3252  * Free a list of 0-order pages
3253  */
3254 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3255 {
3256         struct page *page, *next;
3257         unsigned long flags, pfn;
3258         int batch_count = 0;
3259
3260         /* Prepare pages for freeing */
3261         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3262                 pfn = page_to_pfn(page);
3263                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3264                         list_del(&page->lru);
3265                 set_page_private(page, pfn);
3266         }
3267
3268         local_irq_save(flags);
3269         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3270                 unsigned long pfn = page_private(page);
3271
3272                 set_page_private(page, 0);
3273                 trace_mm_page_free_batched(page);
3274                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3275
3276                 /*
3277                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3278                  * a large list of pages to free.
3279                  */
3280                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3281                         local_irq_restore(flags);
3282                         batch_count = 0;
3283                         local_irq_save(flags);
3284                 }
3285         }
3286         local_irq_restore(flags);
3287 }
3288
3289 /*
3290  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3291  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3292  * Each sub-page must be freed individually.
3293  *
3294  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3295  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3296  */
3297 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3298 {
3299         int i;
3300
3301         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3302         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3303
3304         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3305                 set_page_refcounted(page + i);
3306         split_page_owner(page, 1 << order);
3307 }
3308 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3309
3310 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3311 {
3312         unsigned long watermark;
3313         struct zone *zone;
3314         int mt;
3315
3316         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3317
3318         zone = page_zone(page);
3319         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3320
3321         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3322                 /*
3323                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3324                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3325                  * watermark, because we already know our high-order page
3326                  * exists.
3327                  */
3328                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3329                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3330                         return 0;
3331
3332                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3333         }
3334
3335         /* Remove page from free list */
3336
3337         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3338
3339         /*
3340          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3341          * pageblock
3342          */
3343         if (order >= pageblock_order - 1) {
3344                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3345                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3346                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3347                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3348                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3349                                 set_pageblock_migratetype(page,
3350                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3351                 }
3352         }
3353
3354
3355         return 1UL << order;
3356 }
3357
3358 /**
3359  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3360  * @page: Page that was isolated
3361  * @order: Order of the isolated page
3362  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3363  *
3364  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3365  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3366  */
3367 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3368 {
3369         struct zone *zone = page_zone(page);
3370
3371         /* zone lock should be held when this function is called */
3372         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3373
3374         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3375         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3376                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3377 }
3378
3379 /*
3380  * Update NUMA hit/miss statistics
3381  *
3382  * Must be called with interrupts disabled.
3383  */
3384 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3385 {
3386 #ifdef CONFIG_NUMA
3387         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3388
3389         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3390         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3391                 return;
3392
3393         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3394                 local_stat = NUMA_OTHER;
3395
3396         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3397                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3398         else {
3399                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3400                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3401         }
3402         __inc_numa_state(z, local_stat);
3403 #endif
3404 }
3405
3406 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3407 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3408                         unsigned int alloc_flags,
3409                         struct per_cpu_pages *pcp,
3410                         struct list_head *list)
3411 {
3412         struct page *page;
3413
3414         do {
3415                 if (list_empty(list)) {
3416                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3417                                         READ_ONCE(pcp->batch), list,
3418                                         migratetype, alloc_flags);
3419                         if (unlikely(list_empty(list)))
3420                                 return NULL;
3421                 }
3422
3423                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3424                 list_del(&page->lru);
3425                 pcp->count--;
3426         } while (check_new_pcp(page));
3427
3428         return page;
3429 }
3430
3431 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3432 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3433                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3434                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3435 {
3436         struct per_cpu_pages *pcp;
3437         struct list_head *list;
3438         struct page *page;
3439         unsigned long flags;
3440
3441         local_irq_save(flags);
3442         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3443         list = &pcp->lists[migratetype];
3444         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3445         if (page) {
3446                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3447                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3448         }
3449         local_irq_restore(flags);
3450         return page;
3451 }
3452
3453 /*
3454  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3455  */
3456 static inline
3457 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3458                         struct zone *zone, unsigned int order,
3459                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3460                         int migratetype)
3461 {
3462         unsigned long flags;
3463         struct page *page;
3464
3465         if (likely(order == 0)) {
3466                 /*
3467                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3468                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3469                  */
3470                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3471                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3472                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3473                                         migratetype, alloc_flags);
3474                         goto out;
3475                 }
3476         }
3477
3478         /*
3479          * We most definitely don't want callers attempting to
3480          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3481          */
3482         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3483         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3484
3485         do {
3486                 page = NULL;
3487                 /*
3488                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3489                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3490                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3491                  * request should skip it.
3492                  */
3493                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3494                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3495                         if (page)
3496                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3497                 }
3498                 if (!page)
3499                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3500         } while (page && check_new_pages(page, order));
3501         spin_unlock(&zone->lock);
3502         if (!page)
3503                 goto failed;
3504         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3505                                   get_pcppage_migratetype(page));
3506
3507         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3508         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3509         local_irq_restore(flags);
3510
3511 out:
3512         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3513         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3514                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3515                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3516         }
3517
3518         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3519         return page;
3520
3521 failed:
3522         local_irq_restore(flags);
3523         return NULL;
3524 }
3525
3526 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3527
3528 static struct {
3529         struct fault_attr attr;
3530
3531         bool ignore_gfp_highmem;
3532         bool ignore_gfp_reclaim;
3533         u32 min_order;
3534 } fail_page_alloc = {
3535         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3536         .ignore_gfp_reclaim = true,
3537         .ignore_gfp_highmem = true,
3538         .min_order = 1,
3539 };
3540
3541 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3542 {
3543         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3544 }
3545 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3546
3547 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3548 {
3549         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3550                 return false;
3551         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3552                 return false;
3553         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3554                 return false;
3555         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3556                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3557                 return false;
3558
3559         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3560 }
3561
3562 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3563
3564 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3565 {
3566         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3567         struct dentry *dir;
3568
3569         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3570                                         &fail_page_alloc.attr);
3571
3572         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3573                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3574         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3575                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3576         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3577
3578         return 0;
3579 }
3580
3581 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3582
3583 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3584
3585 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3586
3587 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3588 {
3589         return false;
3590 }
3591
3592 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3593
3594 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3595 {
3596         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3597 }
3598 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3599
3600 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3601                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3602 {
3603         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3604         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3605
3606         /*
3607          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3608          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3609          * atomic reserve but it avoids a search.
3610          */
3611         if (likely(!alloc_harder))
3612                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3613
3614 #ifdef CONFIG_CMA
3615         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3616         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3617                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3618 #endif
3619
3620         return unusable_free;
3621 }
3622
3623 /*
3624  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3625  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3626  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3627  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3628  */
3629 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3630                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3631                          long free_pages)
3632 {
3633         long min = mark;
3634         int o;
3635         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3636
3637         /* free_pages may go negative - that's OK */
3638         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3639
3640         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3641                 min -= min / 2;
3642
3643         if (unlikely(alloc_harder)) {
3644                 /*
3645                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3646                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3647                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3648                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3649                  */
3650                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3651                         min -= min / 2;
3652                 else
3653                         min -= min / 4;
3654         }
3655
3656         /*
3657          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3658          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3659          * even if a suitable page happened to be free.
3660          */
3661         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3662                 return false;
3663
3664         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3665         if (!order)
3666                 return true;
3667
3668         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3669         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3670                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3671                 int mt;
3672
3673                 if (!area->nr_free)
3674                         continue;
3675
3676                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3677                         if (!free_area_empty(area, mt))
3678                                 return true;
3679                 }
3680
3681 #ifdef CONFIG_CMA
3682                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3683                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3684                         return true;
3685                 }
3686 #endif
3687                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3688                         return true;
3689         }
3690         return false;
3691 }
3692
3693 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3694                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3695 {
3696         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3697                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3698 }
3699
3700 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3701                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3702                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3703 {
3704         long free_pages;
3705
3706         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3707
3708         /*
3709          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3710          * need to be calculated.
3711          */
3712         if (!order) {
3713                 long fast_free;
3714
3715                 fast_free = free_pages;
3716                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3717                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3718                         return true;
3719         }
3720
3721         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3722                                         free_pages))
3723                 return true;
3724         /*
3725          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3726          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3727          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3728          * when below the low watermark.
3729          */
3730         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3731                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3732                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3733                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3734                                         alloc_flags, free_pages);
3735         }
3736
3737         return false;
3738 }
3739
3740 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3741                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3742 {
3743         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3744
3745         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3746                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3747
3748         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3749                                                                 free_pages);
3750 }
3751
3752 #ifdef CONFIG_NUMA
3753 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3754 {
3755         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3756                                 node_reclaim_distance;
3757 }
3758 #else   /* CONFIG_NUMA */
3759 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3760 {
3761         return true;
3762 }
3763 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3764
3765 /*
3766  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3767  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3768  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3769  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3770  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3771  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3772  */
3773 static inline unsigned int
3774 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3775 {
3776         unsigned int alloc_flags;
3777
3778         /*
3779          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3780          * to save a branch.
3781          */
3782         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3783
3784 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3785         if (!zone)
3786                 return alloc_flags;
3787
3788         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3789                 return alloc_flags;
3790
3791         /*
3792          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3793          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3794          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3795          */
3796         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3797         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3798                 return alloc_flags;
3799
3800         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3801 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3802         return alloc_flags;
3803 }
3804
3805 static inline unsigned int current_alloc_flags(gfp_t gfp_mask,
3806                                         unsigned int alloc_flags)
3807 {
3808 #ifdef CONFIG_CMA
3809         unsigned int pflags = current->flags;
3810
3811         if (!(pflags & PF_MEMALLOC_NOCMA) &&
3812                         gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3813                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3814
3815 #endif
3816         return alloc_flags;
3817 }
3818
3819 /*
3820  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3821  * a page.
3822  */
3823 static struct page *
3824 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3825                                                 const struct alloc_context *ac)
3826 {
3827         struct zoneref *z;
3828         struct zone *zone;
3829         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3830         bool no_fallback;
3831
3832 retry:
3833         /*
3834          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3835          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3836          */
3837         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3838         z = ac->preferred_zoneref;
3839         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3840                                         ac->nodemask) {
3841                 struct page *page;
3842                 unsigned long mark;
3843
3844                 if (cpusets_enabled() &&
3845                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3846                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3847                                 continue;
3848                 /*
3849                  * When allocating a page cache page for writing, we
3850                  * want to get it from a node that is within its dirty
3851                  * limit, such that no single node holds more than its
3852                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3853                  * The dirty limits take into account the node's
3854                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3855                  * should be able to balance it without having to
3856                  * write pages from its LRU list.
3857                  *
3858                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3859                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3860                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3861                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3862                  * nodes are together not big enough to reach the
3863                  * global limit.  The proper fix for these situations
3864                  * will require awareness of nodes in the
3865                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3866                  */
3867                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3868                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3869                                 continue;
3870
3871                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3872                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3873                                 continue;
3874                         }
3875                 }
3876
3877                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3878                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3879                         int local_nid;
3880
3881                         /*
3882                          * If moving to a remote node, retry but allow
3883                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3884                          * than fragmentation avoidance.
3885                          */
3886                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3887                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3888                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3889                                 goto retry;
3890                         }
3891                 }
3892
3893                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3894                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3895                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3896                                        gfp_mask)) {
3897                         int ret;
3898
3899 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3900                         /*
3901                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3902                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3903                          */
3904                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3905                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3906                                         goto try_this_zone;
3907                         }
3908 #endif
3909                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3910                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3911                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3912                                 goto try_this_zone;
3913
3914                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3915                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3916                                 continue;
3917
3918                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3919                         switch (ret) {
3920                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3921                                 /* did not scan */
3922                                 continue;
3923                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3924                                 /* scanned but unreclaimable */
3925                                 continue;
3926                         default:
3927                                 /* did we reclaim enough */
3928                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3929                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3930                                         goto try_this_zone;
3931
3932                                 continue;
3933                         }
3934                 }
3935
3936 try_this_zone:
3937                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3938                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3939                 if (page) {
3940                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3941
3942                         /*
3943                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3944                          * if the pageblock should be reserved for the future
3945                          */
3946                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3947                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3948
3949                         return page;
3950                 } else {
3951 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3952                         /* Try again if zone has deferred pages */
3953                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3954                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3955                                         goto try_this_zone;
3956                         }
3957 #endif
3958                 }
3959         }
3960
3961         /*
3962          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3963          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3964          */
3965         if (no_fallback) {
3966                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3967                 goto retry;
3968         }
3969
3970         return NULL;
3971 }
3972
3973 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3974 {
3975         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3976
3977         /*
3978          * This documents exceptions given to allocations in certain
3979          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3980          * of allowed nodes.
3981          */
3982         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3983                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3984                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3985                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3986         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3987                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3988
3989         show_mem(filter, nodemask);
3990 }
3991
3992 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3993 {
3994         struct va_format vaf;
3995         va_list args;
3996         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3997
3998         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3999                 return;
4000
4001         va_start(args, fmt);
4002         vaf.fmt = fmt;
4003         vaf.va = &args;
4004         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4005                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4006                         nodemask_pr_args(nodemask));
4007         va_end(args);
4008
4009         cpuset_print_current_mems_allowed();
4010         pr_cont("\n");
4011         dump_stack();
4012         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4013 }
4014
4015 static inline struct page *
4016 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4017                               unsigned int alloc_flags,
4018                               const struct alloc_context *ac)
4019 {
4020         struct page *page;
4021
4022         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4023                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4024         /*
4025          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4026          * are depleted
4027          */
4028         if (!page)
4029                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4030                                 alloc_flags, ac);
4031
4032         return page;
4033 }
4034
4035 static inline struct page *
4036 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4037         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4038 {
4039         struct oom_control oc = {
4040                 .zonelist = ac->zonelist,
4041                 .nodemask = ac->nodemask,
4042                 .memcg = NULL,
4043                 .gfp_mask = gfp_mask,
4044                 .order = order,
4045         };
4046         struct page *page;
4047
4048         *did_some_progress = 0;
4049
4050         /*
4051          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4052          * making progress for us.
4053          */
4054         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4055                 *did_some_progress = 1;
4056                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4057                 return NULL;
4058         }
4059
4060         /*
4061          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4062          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4063          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4064          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4065          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4066          */
4067         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4068                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4069                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4070         if (page)
4071                 goto out;
4072
4073         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4074         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4075                 goto out;
4076         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4077         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4078                 goto out;
4079         /*
4080          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4081          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4082          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4083          * fallback than shooting a random task.
4084          *
4085          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4086          */
4087         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4088                 goto out;
4089         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4090         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4091                 goto out;
4092         if (pm_suspended_storage())
4093                 goto out;
4094         /*
4095          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4096          * other request to make a forward progress.
4097          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4098          * do much for this context but let's try it to at least get
4099          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4100          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4101          * failures more gracefully we should just bail out here.
4102          */
4103
4104         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4105         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4106                 *did_some_progress = 1;
4107
4108                 /*
4109                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4110                  * reserves
4111                  */
4112                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4113                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4114                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4115         }
4116 out:
4117         mutex_unlock(&oom_lock);
4118         return page;
4119 }
4120
4121 /*
4122  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
4123  * killer is consider as the only way to move forward.
4124  */
4125 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4126
4127 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4128 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4129 static struct page *
4130 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4131                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4132                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4133 {
4134         struct page *page = NULL;
4135         unsigned long pflags;
4136         unsigned int noreclaim_flag;
4137
4138         if (!order)
4139                 return NULL;
4140
4141         psi_memstall_enter(&pflags);
4142         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4143
4144         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4145                                                                 prio, &page);
4146
4147         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4148         psi_memstall_leave(&pflags);
4149
4150         /*
4151          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4152          * count a compaction stall
4153          */
4154         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4155
4156         /* Prep a captured page if available */
4157         if (page)
4158                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4159
4160         /* Try get a page from the freelist if available */
4161         if (!page)
4162                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4163
4164         if (page) {
4165                 struct zone *zone = page_zone(page);
4166
4167                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4168                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4169                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4170                 return page;
4171         }
4172
4173         /*
4174          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4175          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4176          */
4177         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4178
4179         cond_resched();
4180
4181         return NULL;
4182 }
4183
4184 static inline bool
4185 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4186                      enum compact_result compact_result,
4187                      enum compact_priority *compact_priority,
4188                      int *compaction_retries)
4189 {
4190         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4191         int min_priority;
4192         bool ret = false;
4193         int retries = *compaction_retries;
4194         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4195
4196         if (!order)
4197                 return false;
4198
4199         if (compaction_made_progress(compact_result))
4200                 (*compaction_retries)++;
4201
4202         /*
4203          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4204          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4205          * failure could be caused by insufficient priority
4206          */
4207         if (compaction_failed(compact_result))
4208                 goto check_priority;
4209
4210         /*
4211          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4212          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4213          */
4214         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4215                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4216                 goto out;
4217         }
4218
4219         /*
4220          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4221          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4222          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4223          * we don't just keep bailing out endlessly.
4224          */
4225         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4226                 goto check_priority;
4227         }
4228
4229         /*
4230          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4231          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4232          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4233          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4234          * would need much more detailed feedback from compaction to
4235          * make a better decision.
4236          */
4237         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4238                 max_retries /= 4;
4239         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4240                 ret = true;
4241                 goto out;
4242         }
4243
4244         /*
4245          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4246          * all retries or failed at the lower priorities.
4247          */
4248 check_priority:
4249         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4250                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4251
4252         if (*compact_priority > min_priority) {
4253                 (*compact_priority)--;
4254                 *compaction_retries = 0;
4255                 ret = true;
4256         }
4257 out:
4258         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4259         return ret;
4260 }
4261 #else
4262 static inline struct page *
4263 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4264                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4265                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4266 {
4267         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4268         return NULL;
4269 }
4270
4271 static inline bool
4272 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4273                      enum compact_result compact_result,
4274                      enum compact_priority *compact_priority,
4275                      int *compaction_retries)
4276 {
4277         struct zone *zone;
4278         struct zoneref *z;
4279
4280         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4281                 return false;
4282
4283         /*
4284          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4285          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4286          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4287          * watermarks are OK.
4288          */
4289         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4290                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4291                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4292                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4293                         return true;
4294         }
4295         return false;
4296 }
4297 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4298
4299 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4300 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4301         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4302
4303 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4304 {
4305         /* no reclaim without waiting on it */
4306         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4307                 return false;
4308
4309         /* this guy won't enter reclaim */
4310         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4311                 return false;
4312
4313         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4314                 return false;
4315
4316         return true;
4317 }
4318
4319 void __fs_reclaim_acquire(void)
4320 {
4321         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4322 }
4323
4324 void __fs_reclaim_release(void)
4325 {
4326         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4327 }
4328
4329 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4330 {
4331         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4332
4333         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4334                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4335                         __fs_reclaim_acquire();
4336
4337 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4338                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4339                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4340 #endif
4341
4342         }
4343 }
4344 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4345
4346 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4347 {
4348         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4349
4350         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4351                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4352                         __fs_reclaim_release();
4353         }
4354 }
4355 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4356 #endif
4357
4358 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4359 static unsigned long
4360 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4361                                         const struct alloc_context *ac)
4362 {
4363         unsigned int noreclaim_flag;
4364         unsigned long pflags, progress;
4365
4366         cond_resched();
4367
4368         /* We now go into synchronous reclaim */
4369         cpuset_memory_pressure_bump();
4370         psi_memstall_enter(&pflags);
4371         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4372         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4373
4374         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4375                                                                 ac->nodemask);
4376
4377         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4378         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4379         psi_memstall_leave(&pflags);
4380
4381         cond_resched();
4382
4383         return progress;
4384 }
4385
4386 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4387 static inline struct page *
4388 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4389                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4390                 unsigned long *did_some_progress)
4391 {
4392         struct page *page = NULL;
4393         bool drained = false;
4394
4395         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4396         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4397                 return NULL;
4398
4399 retry:
4400         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4401
4402         /*
4403          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4404          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4405          * Shrink them and try again
4406          */
4407         if (!page && !drained) {
4408                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4409                 drain_all_pages(NULL);
4410                 drained = true;
4411                 goto retry;
4412         }
4413
4414         return page;
4415 }
4416
4417 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4418                              const struct alloc_context *ac)
4419 {
4420         struct zoneref *z;
4421         struct zone *zone;
4422         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4423         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4424
4425         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4426                                         ac->nodemask) {
4427                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4428                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4429                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4430         }
4431 }
4432
4433 static inline unsigned int
4434 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4435 {
4436         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4437
4438         /*
4439          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4440          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4441          * to save two branches.
4442          */
4443         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4444         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4445
4446         /*
4447          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4448          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4449          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4450          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4451          */
4452         alloc_flags |= (__force int)
4453                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4454
4455         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4456                 /*
4457                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4458                  * if it can't schedule.
4459                  */
4460                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4461                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4462                 /*
4463                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4464                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4465                  */
4466                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4467         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4468                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4469
4470         alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, alloc_flags);
4471
4472         return alloc_flags;
4473 }
4474
4475 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4476 {
4477         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4478                 return false;
4479
4480         /*
4481          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4482          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4483          */
4484         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4485                 return false;
4486
4487         return true;
4488 }
4489
4490 /*
4491  * Distinguish requests which really need access to full memory
4492  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4493  */
4494 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4495 {
4496         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4497                 return 0;
4498         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4499                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4500         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4501                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4502         if (!in_interrupt()) {
4503                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4504                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4505                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4506                         return ALLOC_OOM;
4507         }
4508
4509         return 0;
4510 }
4511
4512 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4513 {
4514         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4515 }
4516
4517 /*
4518  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4519  * for the given allocation request.
4520  *
4521  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4522  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4523  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4524  *
4525  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4526  */
4527 static inline bool
4528 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4529                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4530                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4531 {
4532         struct zone *zone;
4533         struct zoneref *z;
4534         bool ret = false;
4535
4536         /*
4537          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4538          * their order will become available due to high fragmentation so
4539          * always increment the no progress counter for them
4540          */
4541         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4542                 *no_progress_loops = 0;
4543         else
4544                 (*no_progress_loops)++;
4545
4546         /*
4547          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4548          * several times in the row.
4549          */
4550         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4551                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4552                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4553         }
4554
4555         /*
4556          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4557          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4558          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4559          * screwed and have to go OOM.
4560          */
4561         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4562                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4563                 unsigned long available;
4564                 unsigned long reclaimable;
4565                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4566                 bool wmark;
4567
4568                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4569                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4570
4571                 /*
4572                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4573                  * reclaimable pages?
4574                  */
4575                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4576                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4577                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4578                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4579                 if (wmark) {
4580                         /*
4581                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4582                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4583                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4584                          * prevent from pre mature OOM
4585                          */
4586                         if (!did_some_progress) {
4587                                 unsigned long write_pending;
4588
4589                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4590                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4591
4592                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4593                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4594                                         return true;
4595                                 }
4596                         }
4597
4598                         ret = true;
4599                         goto out;
4600                 }
4601         }
4602
4603 out:
4604         /*
4605          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4606          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4607          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4608          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4609          * here rather than calling cond_resched().
4610          */
4611         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4612                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4613         else
4614                 cond_resched();
4615         return ret;
4616 }
4617
4618 static inline bool
4619 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4620 {
4621         /*
4622          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4623          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4624          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4625          * such a way the check therein was true, and then it became false
4626          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4627          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4628          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4629          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4630          * caller can deal with a violated nodemask.
4631          */
4632         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4633                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4634                 ac->nodemask = NULL;
4635                 return true;
4636         }
4637
4638         /*
4639          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4640          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4641          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4642          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4643          * retry.
4644          */
4645         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4646                 return true;
4647
4648         return false;
4649 }
4650
4651 static inline struct page *
4652 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4653                                                 struct alloc_context *ac)
4654 {
4655         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4656         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4657         struct page *page = NULL;
4658         unsigned int alloc_flags;
4659         unsigned long did_some_progress;
4660         enum compact_priority compact_priority;
4661         enum compact_result compact_result;
4662         int compaction_retries;
4663         int no_progress_loops;
4664         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4665         int reserve_flags;
4666
4667         /*
4668          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4669          * callers that are not in atomic context.
4670          */
4671         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4672                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4673                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4674
4675 retry_cpuset:
4676         compaction_retries = 0;
4677         no_progress_loops = 0;
4678         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4679         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4680
4681         /*
4682          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4683          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4684          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4685          */
4686         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4687
4688         /*
4689          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4690          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4691          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4692          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4693          */
4694         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4695                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4696         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4697                 goto nopage;
4698
4699         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4700                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4701
4702         /*
4703          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4704          * that first
4705          */
4706         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4707         if (page)
4708                 goto got_pg;
4709
4710         /*
4711          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4712          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4713          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4714          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4715          * same migratetype.
4716          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4717          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4718          */
4719         if (can_direct_reclaim &&
4720                         (costly_order ||
4721                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4722                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4723                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4724                                                 alloc_flags, ac,
4725                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4726                                                 &compact_result);
4727                 if (page)
4728                         goto got_pg;
4729
4730                 /*
4731                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4732                  * includes some THP page fault allocations
4733                  */
4734                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4735                         /*
4736                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4737                          * failed because all zones are below low watermarks
4738                          * or is prohibited because it recently failed at this
4739                          * order, fail immediately unless the allocator has
4740                          * requested compaction and reclaim retry.
4741                          *
4742                          * Reclaim is
4743                          *  - potentially very expensive because zones are far
4744                          *    below their low watermarks or this is part of very
4745                          *    bursty high order allocations,
4746                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4747                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4748                          *    linear scan, and
4749                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4750                          *    own.
4751                          */
4752                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4753                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4754                                 goto nopage;
4755
4756                         /*
4757                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4758                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4759                          * using async compaction.
4760                          */
4761                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4762                 }
4763         }
4764
4765 retry:
4766         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4767         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4768                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4769
4770         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4771         if (reserve_flags)
4772                 alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, reserve_flags);
4773
4774         /*
4775          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4776          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4777          * user oriented.
4778          */
4779         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4780                 ac->nodemask = NULL;
4781                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4782                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4783         }
4784
4785         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4786         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4787         if (page)
4788                 goto got_pg;
4789
4790         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4791         if (!can_direct_reclaim)
4792                 goto nopage;
4793
4794         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4795         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4796                 goto nopage;
4797
4798         /* Try direct reclaim and then allocating */
4799         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4800                                                         &did_some_progress);
4801         if (page)
4802                 goto got_pg;
4803
4804         /* Try direct compaction and then allocating */
4805         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4806                                         compact_priority, &compact_result);
4807         if (page)
4808                 goto got_pg;
4809
4810         /* Do not loop if specifically requested */
4811         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4812                 goto nopage;
4813
4814         /*
4815          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4816          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4817          */
4818         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4819                 goto nopage;
4820
4821         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4822                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4823                 goto retry;
4824
4825         /*
4826          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4827          * reclaim is not able to make any progress because the current
4828          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4829          * of free memory (see __compaction_suitable)
4830          */
4831         if (did_some_progress > 0 &&
4832                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4833                                 compact_result, &compact_priority,
4834                                 &compaction_retries))
4835                 goto retry;
4836
4837
4838         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4839         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4840                 goto retry_cpuset;
4841
4842         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4843         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4844         if (page)
4845                 goto got_pg;
4846
4847         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4848         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4849             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4850              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4851                 goto nopage;
4852
4853         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4854         if (did_some_progress) {
4855                 no_progress_loops = 0;
4856                 goto retry;
4857         }
4858
4859 nopage:
4860         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4861         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4862                 goto retry_cpuset;
4863
4864         /*
4865          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4866          * we always retry
4867          */
4868         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4869                 /*
4870                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4871                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4872                  */
4873                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4874                         goto fail;
4875
4876                 /*
4877                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4878                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4879                  * for somebody to do a work for us
4880                  */
4881                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4882
4883                 /*
4884                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4885                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4886                  * so that we can identify them and convert them to something
4887                  * else.
4888                  */
4889                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4890
4891                 /*
4892                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4893                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4894                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4895                  * the situation worse
4896                  */
4897                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4898                 if (page)
4899                         goto got_pg;
4900
4901                 cond_resched();
4902                 goto retry;
4903         }
4904 fail:
4905         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4906                         "page allocation failure: order:%u", order);
4907 got_pg:
4908         return page;
4909 }
4910
4911 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4912                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4913                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4914                 unsigned int *alloc_flags)
4915 {
4916         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4917         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4918         ac->nodemask = nodemask;
4919         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4920
4921         if (cpusets_enabled()) {
4922                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4923                 /*
4924                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4925                  * to the current task context. It means that any node ok.
4926                  */
4927                 if (!in_interrupt() && !ac->nodemask)
4928                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4929                 else
4930                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4931         }
4932
4933         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4934         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4935
4936         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4937
4938         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4939                 return false;
4940
4941         *alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, *alloc_flags);
4942
4943         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4944         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4945
4946         /*
4947          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4948          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4949          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4950          */
4951         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4952                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4953
4954         return true;
4955 }
4956
4957 /*
4958  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4959  */
4960 struct page *
4961 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4962                                                         nodemask_t *nodemask)
4963 {
4964         struct page *page;
4965         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4966         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4967         struct alloc_context ac = { };
4968
4969         /*
4970          * There are several places where we assume that the order value is sane
4971          * so bail out early if the request is out of bound.
4972          */
4973         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4974                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4975                 return NULL;
4976         }
4977
4978         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4979         alloc_mask = gfp_mask;
4980         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4981                 return NULL;
4982
4983         /*
4984          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4985          * memory until all local zones are considered.
4986          */
4987         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4988
4989         /* First allocation attempt */
4990         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4991         if (likely(page))
4992                 goto out;
4993
4994         /*
4995          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4996          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4997          * from a particular context which has been marked by
4998          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4999          */
5000         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
5001         ac.spread_dirty_pages = false;
5002
5003         /*
5004          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5005          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5006          */
5007         ac.nodemask = nodemask;
5008
5009         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
5010
5011 out:
5012         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5013             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp_mask, order) != 0)) {
5014                 __free_pages(page, order);
5015                 page = NULL;
5016         }
5017
5018         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
5019
5020         return page;
5021 }
5022 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
5023
5024 /*
5025  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5026  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5027  * you need to access high mem.
5028  */
5029 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5030 {
5031         struct page *page;
5032
5033         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5034         if (!page)
5035                 return 0;
5036         return (unsigned long) page_address(page);
5037 }
5038 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5039
5040 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5041 {
5042         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5043 }
5044 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5045
5046 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
5047 {
5048         if (order == 0)         /* Via pcp? */
5049                 free_unref_page(page);
5050         else
5051                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
5052 }
5053
5054 /**
5055  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5056  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5057  * @order: The order of the allocation.
5058  *
5059  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5060  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5061  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5062  * than was allocated will probably emit a warning.
5063  *
5064  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5065  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5066  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5067  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5068  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5069  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5070  *
5071  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5072  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5073  */
5074 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5075 {
5076         if (put_page_testzero(page))
5077                 free_the_page(page, order);
5078         else if (!PageHead(page))
5079                 while (order-- > 0)
5080                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5081 }
5082 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5083
5084 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5085 {
5086         if (addr != 0) {
5087                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5088                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5089         }
5090 }
5091
5092 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5093
5094 /*
5095  * Page Fragment:
5096  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5097  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5098  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5099  *
5100  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5101  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5102  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5103  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5104  */
5105 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5106                                              gfp_t gfp_mask)
5107 {
5108         struct page *page = NULL;
5109         gfp_t gfp = gfp_mask;
5110
5111 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5112         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5113                     __GFP_NOMEMALLOC;
5114         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5115                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5116         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5117 #endif
5118         if (unlikely(!page))
5119                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5120
5121         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5122
5123         return page;
5124 }
5125
5126 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5127 {
5128         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5129
5130         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5131                 free_the_page(page, compound_order(page));
5132 }
5133 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5134
5135 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
5136                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
5137 {
5138         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5139         struct page *page;
5140         int offset;
5141
5142         if (unlikely(!nc->va)) {
5143 refill:
5144                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5145                 if (!page)
5146                         return NULL;
5147
5148 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5149                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5150                 size = nc->size;
5151 #endif
5152                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5153                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5154                  */
5155                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5156
5157                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5158                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5159                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5160                 nc->offset = size;
5161         }
5162
5163         offset = nc->offset - fragsz;
5164         if (unlikely(offset < 0)) {
5165                 page = virt_to_page(nc->va);
5166
5167                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5168                         goto refill;
5169
5170                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5171                         free_the_page(page, compound_order(page));
5172                         goto refill;
5173                 }
5174
5175 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5176                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5177                 size = nc->size;
5178 #endif
5179                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5180                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5181
5182                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5183                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5184                 offset = size - fragsz;
5185         }
5186
5187         nc->pagecnt_bias--;
5188         nc->offset = offset;
5189
5190         return nc->va + offset;
5191 }
5192 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
5193
5194 /*
5195  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5196  */
5197 void page_frag_free(void *addr)
5198 {
5199         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5200
5201         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5202                 free_the_page(page, compound_order(page));
5203 }
5204 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5205
5206 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5207                 size_t size)
5208 {
5209         if (addr) {
5210                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5211                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5212
5213                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5214                 while (used < alloc_end) {
5215                         free_page(used);
5216                         used += PAGE_SIZE;
5217                 }
5218         }
5219         return (void *)addr;
5220 }
5221
5222 /**
5223  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5224  * @size: the number of bytes to allocate
5225  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5226  *
5227  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5228  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5229  * allocate memory in power-of-two pages.
5230  *
5231  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5232  *
5233  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5234  *
5235  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5236  */
5237 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5238 {
5239         unsigned int order = get_order(size);
5240         unsigned long addr;
5241
5242         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5243                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5244
5245         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5246         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5247 }
5248 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5249
5250 /**
5251  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5252  *                         pages on a node.
5253  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5254  * @size: the number of bytes to allocate
5255  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5256  *
5257  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5258  * back.
5259  *
5260  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5261  */
5262 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5263 {
5264         unsigned int order = get_order(size);
5265         struct page *p;
5266
5267         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5268                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5269
5270         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5271         if (!p)
5272                 return NULL;
5273         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5274 }
5275
5276 /**
5277  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5278  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5279  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5280  *
5281  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5282  */
5283 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5284 {
5285         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5286         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5287
5288         while (addr < end) {
5289                 free_page(addr);
5290                 addr += PAGE_SIZE;
5291         }
5292 }
5293 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5294
5295 /**
5296  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5297  * @offset: The zone index of the highest zone
5298  *
5299  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5300  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5301  * zone, the number of pages is calculated as:
5302  *
5303  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5304  *
5305  * Return: number of pages beyond high watermark.
5306  */
5307 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5308 {
5309         struct zoneref *z;
5310         struct zone *zone;
5311
5312         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5313         unsigned long sum = 0;
5314
5315         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5316
5317         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5318                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5319                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5320                 if (size > high)
5321                         sum += size - high;
5322         }
5323
5324         return sum;
5325 }
5326
5327 /**
5328  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5329  *
5330  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5331  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5332  *
5333  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5334  * ZONE_NORMAL.
5335  */
5336 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5337 {
5338         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5339 }
5340 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5341
5342 static inline void show_node(struct zone *zone)
5343 {
5344         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5345                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5346 }
5347
5348 long si_mem_available(void)
5349 {
5350         long available;
5351         unsigned long pagecache;
5352         unsigned long wmark_low = 0;
5353         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5354         unsigned long reclaimable;
5355         struct zone *zone;
5356         int lru;
5357
5358         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5359                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5360
5361         for_each_zone(zone)
5362                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5363
5364         /*
5365          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5366          * without causing swapping.
5367          */
5368         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5369
5370         /*
5371          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5372          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5373          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5374          */
5375         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5376         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5377         available += pagecache;
5378
5379         /*
5380          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5381          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5382          * low watermark.
5383          */
5384         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5385                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5386         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5387
5388         if (available < 0)
5389                 available = 0;
5390         return available;
5391 }
5392 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5393
5394 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5395 {
5396         val->totalram = totalram_pages();
5397         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5398         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5399         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5400         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5401         val->freehigh = nr_free_highpages();
5402         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5403 }
5404
5405 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5406
5407 #ifdef CONFIG_NUMA
5408 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5409 {
5410         int zone_type;          /* needs to be signed */
5411         unsigned long managed_pages = 0;
5412         unsigned long managed_highpages = 0;
5413         unsigned long free_highpages = 0;
5414         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5415
5416         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5417                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5418         val->totalram = managed_pages;
5419         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5420         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5421 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5422         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5423                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5424
5425                 if (is_highmem(zone)) {
5426                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5427                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5428                 }
5429         }
5430         val->totalhigh = managed_highpages;
5431         val->freehigh = free_highpages;
5432 #else
5433         val->totalhigh = managed_highpages;
5434         val->freehigh = free_highpages;
5435 #endif
5436         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5437 }
5438 #endif
5439
5440 /*
5441  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5442  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5443  */
5444 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5445 {
5446         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5447                 return false;
5448
5449         /*
5450          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5451          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5452          * have to be precise here.
5453          */
5454         if (!nodemask)
5455                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5456
5457         return !node_isset(nid, *nodemask);
5458 }
5459
5460 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5461
5462 static void show_migration_types(unsigned char type)
5463 {
5464         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5465                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5466                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5467                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5468                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5469 #ifdef CONFIG_CMA
5470                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5471 #endif
5472 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5473                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5474 #endif
5475         };
5476         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5477         char *p = tmp;
5478         int i;
5479
5480         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5481                 if (type & (1 << i))
5482                         *p++ = types[i];
5483         }
5484
5485         *p = '\0';
5486         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5487 }
5488
5489 /*
5490  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5491  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5492  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5493  *
5494  * Bits in @filter:
5495  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5496  *   cpuset.
5497  */
5498 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5499 {
5500         unsigned long free_pcp = 0;
5501         int cpu;
5502         struct zone *zone;
5503         pg_data_t *pgdat;
5504
5505         for_each_populated_zone(zone) {
5506                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5507                         continue;
5508
5509                 for_each_online_cpu(cpu)
5510                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5511         }
5512
5513         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5514                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5515                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5516                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5517                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5518                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5519                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5520                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5521                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5522                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5523                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5524                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5525                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5526                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5527                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5528                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5529                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5530                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5531                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5532                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5533                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5534                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5535                 free_pcp,
5536                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5537
5538         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5539                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5540                         continue;
5541
5542                 printk("Node %d"
5543                         " active_anon:%lukB"
5544                         " inactive_anon:%lukB"
5545                         " active_file:%lukB"
5546                         " inactive_file:%lukB"
5547                         " unevictable:%lukB"
5548                         " isolated(anon):%lukB"
5549                         " isolated(file):%lukB"
5550                         " mapped:%lukB"
5551                         " dirty:%lukB"
5552                         " writeback:%lukB"
5553                         " shmem:%lukB"
5554 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5555                         " shmem_thp: %lukB"
5556                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5557                         " anon_thp: %lukB"
5558 #endif
5559                         " writeback_tmp:%lukB"
5560                         " kernel_stack:%lukB"
5561 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5562                         " shadow_call_stack:%lukB"
5563 #endif
5564                         " pagetables:%lukB"
5565                         " all_unreclaimable? %s"
5566                         "\n",
5567                         pgdat->node_id,
5568                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5569                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5570                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5571                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5572                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5573                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5574                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5575                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5576                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5577                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5578                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5579 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5580                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5581                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5582                                         * HPAGE_PMD_NR),
5583                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5584 #endif
5585                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5586                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5587 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5588                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5589 #endif
5590                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
5591                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5592                                 "yes" : "no");
5593         }
5594
5595         for_each_populated_zone(zone) {
5596                 int i;
5597
5598                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5599                         continue;
5600
5601                 free_pcp = 0;
5602                 for_each_online_cpu(cpu)
5603                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5604
5605                 show_node(zone);
5606                 printk(KERN_CONT
5607                         "%s"
5608                         " free:%lukB"
5609                         " min:%lukB"
5610                         " low:%lukB"
5611                         " high:%lukB"
5612                         " reserved_highatomic:%luKB"
5613                         " active_anon:%lukB"
5614                         " inactive_anon:%lukB"
5615                         " active_file:%lukB"
5616                         " inactive_file:%lukB"
5617                         " unevictable:%lukB"
5618                         " writepending:%lukB"
5619                         " present:%lukB"
5620                         " managed:%lukB"
5621                         " mlocked:%lukB"
5622                         " bounce:%lukB"
5623                         " free_pcp:%lukB"
5624                         " local_pcp:%ukB"
5625                         " free_cma:%lukB"
5626                         "\n",
5627                         zone->name,
5628                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5629                         K(min_wmark_pages(zone)),
5630                         K(low_wmark_pages(zone)),
5631                         K(high_wmark_pages(zone)),
5632                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5633                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5634                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5635                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5636                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5637                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5638                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5639                         K(zone->present_pages),
5640                         K(zone_managed_pages(zone)),
5641                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5642                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5643                         K(free_pcp),
5644                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5645                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5646                 printk("lowmem_reserve[]:");
5647                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5648                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5649                 printk(KERN_CONT "\n");
5650         }
5651
5652         for_each_populated_zone(zone) {
5653                 unsigned int order;
5654                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5655                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5656
5657                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5658                         continue;
5659                 show_node(zone);
5660                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5661
5662                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5663                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5664                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5665                         int type;
5666
5667                         nr[order] = area->nr_free;
5668                         total += nr[order] << order;
5669
5670                         types[order] = 0;
5671                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5672                                 if (!free_area_empty(area, type))
5673                                         types[order] |= 1 << type;
5674                         }
5675                 }
5676                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5677                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5678                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5679                                nr[order], K(1UL) << order);
5680                         if (nr[order])
5681                                 show_migration_types(types[order]);
5682                 }
5683                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5684         }
5685
5686         hugetlb_show_meminfo();
5687
5688         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5689
5690         show_swap_cache_info();
5691 }
5692
5693 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5694 {
5695         zoneref->zone = zone;
5696         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5697 }
5698
5699 /*
5700  * Builds allocation fallback zone lists.
5701  *
5702  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5703  */
5704 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5705 {
5706         struct zone *zone;
5707         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5708         int nr_zones = 0;
5709
5710         do {
5711                 zone_type--;
5712                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5713                 if (managed_zone(zone)) {
5714                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5715                         check_highest_zone(zone_type);
5716                 }
5717         } while (zone_type);
5718
5719         return nr_zones;
5720 }
5721
5722 #ifdef CONFIG_NUMA
5723
5724 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5725 {
5726         /*
5727          * We used to support different zonlists modes but they turned
5728          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5729          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5730          * not fail it silently
5731          */
5732         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5733                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5734                 return -EINVAL;
5735         }
5736         return 0;
5737 }
5738
5739 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5740
5741 /*
5742  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5743  */
5744 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5745                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5746 {
5747         if (write)
5748                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5749         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5750 }
5751
5752
5753 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5754 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5755
5756 /**
5757  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5758  * @node: node whose fallback list we're appending
5759  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5760  *
5761  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5762  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5763  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5764  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5765  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5766  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5767  * on them otherwise.
5768  *
5769  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5770  */
5771 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5772 {
5773         int n, val;
5774         int min_val = INT_MAX;
5775         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5776
5777         /* Use the local node if we haven't already */
5778         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5779                 node_set(node, *used_node_mask);
5780                 return node;
5781         }
5782
5783         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5784
5785                 /* Don't want a node to appear more than once */
5786                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5787                         continue;
5788
5789                 /* Use the distance array to find the distance */
5790                 val = node_distance(node, n);
5791
5792                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5793                 val += (n < node);
5794
5795                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5796                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
5797                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5798
5799                 /* Slight preference for less loaded node */
5800                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5801                 val += node_load[n];
5802
5803                 if (val < min_val) {
5804                         min_val = val;
5805                         best_node = n;
5806                 }
5807         }
5808
5809         if (best_node >= 0)
5810                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5811
5812         return best_node;
5813 }
5814
5815
5816 /*
5817  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5818  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5819  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5820  */
5821 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5822                 unsigned nr_nodes)
5823 {
5824         struct zoneref *zonerefs;
5825         int i;
5826
5827         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5828
5829         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5830                 int nr_zones;
5831
5832                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5833
5834                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5835                 zonerefs += nr_zones;
5836         }
5837         zonerefs->zone = NULL;
5838         zonerefs->zone_idx = 0;
5839 }
5840
5841 /*
5842  * Build gfp_thisnode zonelists
5843  */
5844 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5845 {
5846         struct zoneref *zonerefs;
5847         int nr_zones;
5848
5849         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5850         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5851         zonerefs += nr_zones;
5852         zonerefs->zone = NULL;
5853         zonerefs->zone_idx = 0;
5854 }
5855
5856 /*
5857  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5858  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5859  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5860  * may still exist in local DMA zone.
5861  */
5862
5863 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5864 {
5865         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5866         int node, load, nr_nodes = 0;
5867         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5868         int local_node, prev_node;
5869
5870         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5871         local_node = pgdat->node_id;
5872         load = nr_online_nodes;
5873         prev_node = local_node;
5874
5875         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5876         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5877                 /*
5878                  * We don't want to pressure a particular node.
5879                  * So adding penalty to the first node in same
5880                  * distance group to make it round-robin.
5881                  */
5882                 if (node_distance(local_node, node) !=
5883                     node_distance(local_node, prev_node))
5884                         node_load[node] = load;
5885
5886                 node_order[nr_nodes++] = node;
5887                 prev_node = node;
5888                 load--;
5889         }
5890
5891         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5892         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5893 }
5894
5895 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5896 /*
5897  * Return node id of node used for "local" allocations.
5898  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5899  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5900  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5901  */
5902 int local_memory_node(int node)
5903 {
5904         struct zoneref *z;
5905
5906         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5907                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5908                                    NULL);
5909         return zone_to_nid(z->zone);
5910 }
5911 #endif
5912
5913 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5914 static void setup_min_slab_ratio(void);
5915 #else   /* CONFIG_NUMA */
5916
5917 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5918 {
5919         int node, local_node;
5920         struct zoneref *zonerefs;
5921         int nr_zones;
5922
5923         local_node = pgdat->node_id;
5924
5925         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5926         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5927         zonerefs += nr_zones;
5928
5929         /*
5930          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5931          * of all the other nodes.
5932          * We don't want to pressure a particular node, so when
5933          * building the zones for node N, we make sure that the
5934          * zones coming right after the local ones are those from
5935          * node N+1 (modulo N)
5936          */
5937         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5938                 if (!node_online(node))
5939                         continue;
5940                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5941                 zonerefs += nr_zones;
5942         }
5943         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5944                 if (!node_online(node))
5945                         continue;
5946                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5947                 zonerefs += nr_zones;
5948         }
5949
5950         zonerefs->zone = NULL;
5951         zonerefs->zone_idx = 0;
5952 }
5953
5954 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5955
5956 /*
5957  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5958  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5959  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5960  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5961  * with interrupts disabled.
5962  *
5963  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5964  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5965  * hotplugged processors.
5966  *
5967  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5968  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5969  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5970  */
5971 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p);
5972 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
5973 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
5974 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
5975 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5976 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5977
5978 static void __build_all_zonelists(void *data)
5979 {
5980         int nid;
5981         int __maybe_unused cpu;
5982         pg_data_t *self = data;
5983         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5984
5985         spin_lock(&lock);
5986
5987 #ifdef CONFIG_NUMA
5988         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5989 #endif
5990
5991         /*
5992          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5993          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5994          */
5995         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5996                 build_zonelists(self);
5997         } else {
5998                 for_each_online_node(nid) {
5999                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6000
6001                         build_zonelists(pgdat);
6002                 }
6003
6004 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6005                 /*
6006                  * We now know the "local memory node" for each node--
6007                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6008                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6009                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6010                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6011                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6012                  */
6013                 for_each_online_cpu(cpu)
6014                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6015 #endif
6016         }
6017
6018         spin_unlock(&lock);
6019 }
6020
6021 static noinline void __init
6022 build_all_zonelists_init(void)
6023 {
6024         int cpu;
6025
6026         __build_all_zonelists(NULL);
6027
6028         /*
6029          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6030          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6031          * each zone will be allocated later when the per cpu
6032          * allocator is available.
6033          *
6034          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6035          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6036          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6037          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6038          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6039          * (a chicken-egg dilemma).
6040          */
6041         for_each_possible_cpu(cpu)
6042                 pageset_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu));
6043
6044         mminit_verify_zonelist();
6045         cpuset_init_current_mems_allowed();
6046 }
6047
6048 /*
6049  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6050  *
6051  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6052  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6053  */
6054 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6055 {
6056         unsigned long vm_total_pages;
6057
6058         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6059                 build_all_zonelists_init();
6060         } else {
6061                 __build_all_zonelists(pgdat);
6062                 /* cpuset refresh routine should be here */
6063         }
6064         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6065         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6066         /*
6067          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6068          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6069          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6070          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6071          * disabled and enable it later
6072          */
6073         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6074                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6075         else
6076                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6077
6078         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6079                 nr_online_nodes,
6080                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6081                 vm_total_pages);
6082 #ifdef CONFIG_NUMA
6083         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6084 #endif
6085 }
6086
6087 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6088 static bool __meminit
6089 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6090 {
6091         static struct memblock_region *r;
6092
6093         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6094                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6095                         for_each_mem_region(r) {
6096                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6097                                         break;
6098                         }
6099                 }
6100                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6101                     memblock_is_mirror(r)) {
6102                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6103                         return true;
6104                 }
6105         }
6106         return false;
6107 }
6108
6109 /*
6110  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6111  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6112  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6113  *
6114  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6115  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6116  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6117  */
6118 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6119                 unsigned long start_pfn,
6120                 enum meminit_context context,
6121                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6122 {
6123         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6124         struct page *page;
6125
6126         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6127                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6128
6129 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6130         /*
6131          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6132          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6133          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6134          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6135          * the hotplug lock.
6136          */
6137         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6138                 if (!altmap)
6139                         return;
6140
6141                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6142                         start_pfn += altmap->reserve;
6143                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6144         }
6145 #endif
6146
6147         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6148                 /*
6149                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6150                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6151                  */
6152                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6153                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6154                                 continue;
6155                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
6156                                 break;
6157                 }
6158
6159                 page = pfn_to_page(pfn);
6160                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6161                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6162                         __SetPageReserved(page);
6163
6164                 /*
6165                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6166                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6167                  * over the place during system boot.
6168                  */
6169                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6170                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6171                         cond_resched();
6172                 }
6173                 pfn++;
6174         }
6175 }
6176
6177 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6178 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6179                                    unsigned long start_pfn,
6180                                    unsigned long nr_pages,
6181                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6182 {
6183         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6184         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6185         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6186         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6187         unsigned long start = jiffies;
6188         int nid = pgdat->node_id;
6189
6190         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6191                 return;
6192
6193         /*
6194          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
6195          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6196          * the end of that region and start processing the device pages.
6197          */
6198         if (altmap) {
6199                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6200                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6201         }
6202
6203         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6204                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6205
6206                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6207
6208                 /*
6209                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6210                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6211                  *
6212                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6213                  * the flag as we are still initializing the pages.
6214                  */
6215                 __SetPageReserved(page);
6216
6217                 /*
6218                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6219                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6220                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6221                  */
6222                 page->pgmap = pgmap;
6223                 page->zone_device_data = NULL;
6224
6225                 /*
6226                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6227                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6228                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6229                  * the address space during boot when many long-lived
6230                  * kernel allocations are made.
6231                  *
6232                  * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6233                  * because this is done early in section_activate()
6234                  */
6235                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6236                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6237                         cond_resched();
6238                 }
6239         }
6240
6241         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6242                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6243 }
6244
6245 #endif
6246 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6247 {
6248         unsigned int order, t;
6249         for_each_migratetype_order(order, t) {
6250                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6251                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6252         }
6253 }
6254
6255 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6256                                   unsigned long zone,
6257                                   unsigned long range_start_pfn)
6258 {
6259         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6260         unsigned long range_end_pfn = range_start_pfn + size;
6261         int i;
6262
6263         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6264                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6265                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6266
6267                 if (end_pfn > start_pfn) {
6268                         size = end_pfn - start_pfn;
6269                         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn,
6270                                          MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6271                 }
6272         }
6273 }
6274
6275 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6276 {
6277 #ifdef CONFIG_MMU
6278         int batch;
6279
6280         /*
6281          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6282          * size of the zone.
6283          */
6284         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6285         /* But no more than a meg. */
6286         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6287                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6288         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6289         if (batch < 1)
6290                 batch = 1;
6291
6292         /*
6293          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6294          * of 2 value was found to be more likely to have
6295          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6296          *
6297          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6298          * batches of pages, one task can end up with a lot
6299          * of pages of one half of the possible page colors
6300          * and the other with pages of the other colors.
6301          */
6302         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6303
6304         return batch;
6305
6306 #else
6307         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6308          * conditions.
6309          *
6310          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6311          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6312          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6313          *
6314          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6315          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6316          * can be a significant delay between the individual batches being
6317          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6318          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6319          */
6320         return 0;
6321 #endif
6322 }
6323
6324 /*
6325  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6326  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6327  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6328  *
6329  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6330  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6331  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6332  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6333  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6334  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6335  *
6336  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6337  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6338  * exist).
6339  */
6340 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6341                 unsigned long batch)
6342 {
6343         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6344         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6345 }
6346
6347 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6348 {
6349         struct per_cpu_pages *pcp;
6350         int migratetype;
6351
6352         memset(p, 0, sizeof(*p));
6353
6354         pcp = &p->pcp;
6355         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6356                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6357
6358         /*
6359          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6360          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6361          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6362          * pageset yet.
6363          */
6364         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6365         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6366 }
6367
6368 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6369                 unsigned long batch)
6370 {
6371         struct per_cpu_pageset *p;
6372         int cpu;
6373
6374         for_each_possible_cpu(cpu) {
6375                 p = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6376                 pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6377         }
6378 }
6379
6380 /*
6381  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6382  * zone, based on the zone's size and the percpu_pagelist_fraction sysctl.
6383  */
6384 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone)
6385 {
6386         unsigned long new_high, new_batch;
6387
6388         if (percpu_pagelist_fraction) {
6389                 new_high = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_fraction;
6390                 new_batch = max(1UL, new_high / 4);
6391                 if ((new_high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6392                         new_batch = PAGE_SHIFT * 8;
6393         } else {
6394                 new_batch = zone_batchsize(zone);
6395                 new_high = 6 * new_batch;
6396                 new_batch = max(1UL, 1 * new_batch);
6397         }
6398
6399         if (zone->pageset_high == new_high &&
6400             zone->pageset_batch == new_batch)
6401                 return;
6402
6403         zone->pageset_high = new_high;
6404         zone->pageset_batch = new_batch;
6405
6406         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
6407 }
6408
6409 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6410 {
6411         struct per_cpu_pageset *p;
6412         int cpu;
6413
6414         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6415         for_each_possible_cpu(cpu) {
6416                 p = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6417                 pageset_init(p);
6418         }
6419
6420         zone_set_pageset_high_and_batch(zone);
6421 }
6422
6423 /*
6424  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6425  * Before this call only boot pagesets were available.
6426  */
6427 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6428 {
6429         struct pglist_data *pgdat;
6430         struct zone *zone;
6431         int __maybe_unused cpu;
6432
6433         for_each_populated_zone(zone)
6434                 setup_zone_pageset(zone);
6435
6436 #ifdef CONFIG_NUMA
6437         /*
6438          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6439          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6440          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6441          * the nodes these zones are associated with.
6442          */
6443         for_each_possible_cpu(cpu) {
6444                 struct per_cpu_pageset *pcp = &per_cpu(boot_pageset, cpu);
6445                 memset(pcp->vm_numa_stat_diff, 0,
6446                        sizeof(pcp->vm_numa_stat_diff));
6447         }
6448 #endif
6449
6450         for_each_online_pgdat(pgdat)
6451                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6452                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6453 }
6454
6455 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6456 {
6457         /*
6458          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6459          * relies on the ability of the linker to provide the
6460          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6461          */
6462         zone->pageset = &boot_pageset;
6463         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6464         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6465
6466         if (populated_zone(zone))
6467                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6468                         zone->name, zone->present_pages,
6469                                          zone_batchsize(zone));
6470 }
6471
6472 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6473                                         unsigned long zone_start_pfn,
6474                                         unsigned long size)
6475 {
6476         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6477         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6478
6479         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6480                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6481
6482         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6483
6484         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6485                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6486                         pgdat->node_id,
6487                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6488                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6489
6490         zone_init_free_lists(zone);
6491         zone->initialized = 1;
6492 }
6493
6494 /**
6495  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6496  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6497  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6498  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6499  *
6500  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6501  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6502  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6503  * PFNs will be 0.
6504  */
6505 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6506                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6507 {
6508         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6509         int i;
6510
6511         *start_pfn = -1UL;
6512         *end_pfn = 0;
6513
6514         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6515                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6516                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6517         }
6518
6519         if (*start_pfn == -1UL)
6520                 *start_pfn = 0;
6521 }
6522
6523 /*
6524  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6525  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6526  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6527  */
6528 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6529 {
6530         int zone_index;
6531         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6532                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6533                         continue;
6534
6535                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6536                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6537                         break;
6538         }
6539
6540         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6541         movable_zone = zone_index;
6542 }
6543
6544 /*
6545  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6546  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6547  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6548  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6549  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6550  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6551  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6552  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6553  */
6554 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6555                                         unsigned long zone_type,
6556                                         unsigned long node_start_pfn,
6557                                         unsigned long node_end_pfn,
6558                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6559                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6560 {
6561         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6562         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6563                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6564                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6565                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6566                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6567                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6568
6569                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6570                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6571                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6572                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6573                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6574
6575                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6576                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6577                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6578         }
6579 }
6580
6581 /*
6582  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6583  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6584  */
6585 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6586                                         unsigned long zone_type,
6587                                         unsigned long node_start_pfn,
6588                                         unsigned long node_end_pfn,
6589                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6590                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6591 {
6592         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6593         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6594         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6595         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6596                 return 0;
6597
6598         /* Get the start and end of the zone */
6599         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6600         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6601         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6602                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6603                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6604
6605         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6606         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6607                 return 0;
6608
6609         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6610         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6611         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6612
6613         /* Return the spanned pages */
6614         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6615 }
6616
6617 /*
6618  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6619  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6620  */
6621 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6622                                 unsigned long range_start_pfn,
6623                                 unsigned long range_end_pfn)
6624 {
6625         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6626         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6627         int i;
6628
6629         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6630                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6631                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6632                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6633         }
6634         return nr_absent;
6635 }
6636
6637 /**
6638  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6639  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6640  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6641  *
6642  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6643  */
6644 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6645                                                         unsigned long end_pfn)
6646 {
6647         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6648 }
6649
6650 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6651 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6652                                         unsigned long zone_type,
6653                                         unsigned long node_start_pfn,
6654                                         unsigned long node_end_pfn)
6655 {
6656         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6657         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6658         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6659         unsigned long nr_absent;
6660
6661         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6662         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6663                 return 0;
6664
6665         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6666         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6667
6668         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6669                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6670                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6671         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6672
6673         /*
6674          * ZONE_MOVABLE handling.
6675          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6676          * and vice versa.
6677          */
6678         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6679                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6680                 struct memblock_region *r;
6681
6682                 for_each_mem_region(r) {
6683                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6684                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6685                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6686                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6687
6688                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6689                             memblock_is_mirror(r))
6690                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6691
6692                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6693                             !memblock_is_mirror(r))
6694                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6695                 }
6696         }
6697
6698         return nr_absent;
6699 }
6700
6701 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6702                                                 unsigned long node_start_pfn,
6703                                                 unsigned long node_end_pfn)
6704 {
6705         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6706         enum zone_type i;
6707
6708         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6709                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6710                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6711                 unsigned long spanned, absent;
6712                 unsigned long size, real_size;
6713
6714                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6715                                                      node_start_pfn,
6716                                                      node_end_pfn,
6717                                                      &zone_start_pfn,
6718                                                      &zone_end_pfn);
6719                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6720                                                    node_start_pfn,
6721                                                    node_end_pfn);
6722
6723                 size = spanned;
6724                 real_size = size - absent;
6725
6726                 if (size)
6727                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6728                 else
6729                         zone->zone_start_pfn = 0;
6730                 zone->spanned_pages = size;
6731                 zone->present_pages = real_size;
6732
6733                 totalpages += size;
6734                 realtotalpages += real_size;
6735         }
6736
6737         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6738         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6739         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6740                                                         realtotalpages);
6741 }
6742
6743 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6744 /*
6745  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6746  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6747  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6748  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6749  * bytes.
6750  */
6751 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6752 {
6753         unsigned long usemapsize;
6754
6755         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6756         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6757         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6758         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6759         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6760
6761         return usemapsize / 8;
6762 }
6763
6764 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6765                                 struct zone *zone,
6766                                 unsigned long zone_start_pfn,
6767                                 unsigned long zonesize)
6768 {
6769         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6770         zone->pageblock_flags = NULL;
6771         if (usemapsize) {
6772                 zone->pageblock_flags =
6773                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6774                                             pgdat->node_id);
6775                 if (!zone->pageblock_flags)
6776                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6777                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6778         }
6779 }
6780 #else
6781 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6782                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6783 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6784
6785 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6786
6787 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6788 void __init set_pageblock_order(void)
6789 {
6790         unsigned int order;
6791
6792         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6793         if (pageblock_order)
6794                 return;
6795
6796         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6797                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6798         else
6799                 order = MAX_ORDER - 1;
6800
6801         /*
6802          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6803          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6804          * powerpc.
6805          */
6806         pageblock_order = order;
6807 }
6808 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6809
6810 /*
6811  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6812  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6813  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6814  * the kernel config
6815  */
6816 void __init set_pageblock_order(void)
6817 {
6818 }
6819
6820 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6821
6822 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6823                                                 unsigned long present_pages)
6824 {
6825         unsigned long pages = spanned_pages;
6826
6827         /*
6828          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6829          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6830          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6831          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6832          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6833          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6834          */
6835         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6836             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6837                 pages = present_pages;
6838
6839         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6840 }
6841
6842 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6843 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6844 {
6845         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6846
6847         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6848         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6849         ds_queue->split_queue_len = 0;
6850 }
6851 #else
6852 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6853 #endif
6854
6855 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6856 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6857 {
6858         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6859 }
6860 #else
6861 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6862 #endif
6863
6864 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6865 {
6866         pgdat_resize_init(pgdat);
6867
6868         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6869         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6870
6871         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6872         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6873
6874         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6875         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
6876 }
6877
6878 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6879                                                         unsigned long remaining_pages)
6880 {
6881         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6882         zone_set_nid(zone, nid);
6883         zone->name = zone_names[idx];
6884         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6885         spin_lock_init(&zone->lock);
6886         zone_seqlock_init(zone);
6887         zone_pcp_init(zone);
6888 }
6889
6890 /*
6891  * Set up the zone data structures
6892  * - init pgdat internals
6893  * - init all zones belonging to this node
6894  *
6895  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6896  */
6897 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6898 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6899 {
6900         enum zone_type z;
6901         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6902
6903         pgdat_init_internals(pgdat);
6904         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6905                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6906 }
6907 #endif
6908
6909 /*
6910  * Set up the zone data structures:
6911  *   - mark all pages reserved
6912  *   - mark all memory queues empty
6913  *   - clear the memory bitmaps
6914  *
6915  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6916  * NOTE: this function is only called during early init.
6917  */
6918 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6919 {
6920         enum zone_type j;
6921         int nid = pgdat->node_id;
6922
6923         pgdat_init_internals(pgdat);
6924         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6925
6926         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6927                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6928                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6929                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6930
6931                 size = zone->spanned_pages;
6932                 freesize = zone->present_pages;
6933
6934                 /*
6935                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6936                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6937                  * and per-cpu initialisations
6938                  */
6939                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6940                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6941                         if (freesize >= memmap_pages) {
6942                                 freesize -= memmap_pages;
6943                                 if (memmap_pages)
6944                                         printk(KERN_DEBUG
6945                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6946                                                zone_names[j], memmap_pages);
6947                         } else
6948                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6949                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6950                 }
6951
6952                 /* Account for reserved pages */
6953                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6954                         freesize -= dma_reserve;
6955                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6956                                         zone_names[0], dma_reserve);
6957                 }
6958
6959                 if (!is_highmem_idx(j))
6960                         nr_kernel_pages += freesize;
6961                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6962                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6963                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6964                 nr_all_pages += freesize;
6965
6966                 /*
6967                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6968                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6969                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6970                  */
6971                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6972
6973                 if (!size)
6974                         continue;
6975
6976                 set_pageblock_order();
6977                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6978                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6979                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6980         }
6981 }
6982
6983 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6984 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6985 {
6986         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6987         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6988
6989         /* Skip empty nodes */
6990         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6991                 return;
6992
6993         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6994         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6995         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6996         if (!pgdat->node_mem_map) {
6997                 unsigned long size, end;
6998                 struct page *map;
6999
7000                 /*
7001                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7002                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7003                  * for the buddy allocator to function correctly.
7004                  */
7005                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7006                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7007                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7008                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
7009                                           pgdat->node_id);
7010                 if (!map)
7011                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7012                               size, pgdat->node_id);
7013                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7014         }
7015         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7016                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7017                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7018 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
7019         /*
7020          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7021          */
7022         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7023                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7024                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7025                         mem_map -= offset;
7026         }
7027 #endif
7028 }
7029 #else
7030 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7031 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7032
7033 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7034 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7035 {
7036         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7037 }
7038 #else
7039 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7040 #endif
7041
7042 static void __init free_area_init_node(int nid)
7043 {
7044         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7045         unsigned long start_pfn = 0;
7046         unsigned long end_pfn = 0;
7047
7048         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7049         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7050
7051         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7052
7053         pgdat->node_id = nid;
7054         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7055         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7056
7057         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7058                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7059                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7060         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7061
7062         alloc_node_mem_map(pgdat);
7063         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7064
7065         free_area_init_core(pgdat);
7066 }
7067
7068 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7069 {
7070         free_area_init_node(nid);
7071 }
7072
7073 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
7074 /*
7075  * Initialize all valid struct pages in the range [spfn, epfn) and mark them
7076  * PageReserved(). Return the number of struct pages that were initialized.
7077  */
7078 static u64 __init init_unavailable_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
7079 {
7080         unsigned long pfn;
7081         u64 pgcnt = 0;
7082
7083         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
7084                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
7085                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
7086                                 + pageblock_nr_pages - 1;
7087                         continue;
7088                 }
7089                 /*
7090                  * Use a fake node/zone (0) for now. Some of these pages
7091                  * (in memblock.reserved but not in memblock.memory) will
7092                  * get re-initialized via reserve_bootmem_region() later.
7093                  */
7094                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, 0, 0);
7095                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
7096                 pgcnt++;
7097         }
7098
7099         return pgcnt;
7100 }
7101
7102 /*
7103  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
7104  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
7105  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
7106  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
7107  * flags). We must explicitly initialize those struct pages.
7108  *
7109  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
7110  * uninitialized because the physical address range is not covered by
7111  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
7112  * layout is manually configured via memmap=, or when the highest physical
7113  * address (max_pfn) does not end on a section boundary.
7114  */
7115 static void __init init_unavailable_mem(void)
7116 {
7117         phys_addr_t start, end;
7118         u64 i, pgcnt;
7119         phys_addr_t next = 0;
7120
7121         /*
7122          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
7123          */
7124         pgcnt = 0;
7125         for_each_mem_range(i, &start, &end) {
7126                 if (next < start)
7127                         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
7128                                                         PFN_UP(start));
7129                 next = end;
7130         }
7131
7132         /*
7133          * Early sections always have a fully populated memmap for the whole
7134          * section - see pfn_valid(). If the last section has holes at the
7135          * end and that section is marked "online", the memmap will be
7136          * considered initialized. Make sure that memmap has a well defined
7137          * state.
7138          */
7139         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
7140                                         round_up(max_pfn, PAGES_PER_SECTION));
7141
7142         /*
7143          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
7144          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
7145          */
7146         if (pgcnt)
7147                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
7148 }
7149 #else
7150 static inline void __init init_unavailable_mem(void)
7151 {
7152 }
7153 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7154
7155 #if MAX_NUMNODES > 1
7156 /*
7157  * Figure out the number of possible node ids.
7158  */
7159 void __init setup_nr_node_ids(void)
7160 {
7161         unsigned int highest;
7162
7163         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7164         nr_node_ids = highest + 1;
7165 }
7166 #endif
7167
7168 /**
7169  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7170  *
7171  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7172  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7173  * all the nodes.
7174  *
7175  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7176  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7177  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7178  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7179  *
7180  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7181  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7182  * populated node map.
7183  *
7184  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7185  * requirement (single node).
7186  */
7187 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7188 {
7189         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7190         unsigned long start, end, mask;
7191         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7192         int i, nid;
7193
7194         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7195                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7196                         last_nid = nid;
7197                         last_end = end;
7198                         continue;
7199                 }
7200
7201                 /*
7202                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7203                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7204                  * too coarse to separate the current node from the last.
7205                  */
7206                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7207                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7208                         mask <<= 1;
7209
7210                 /* accumulate all internode masks */
7211                 accl_mask |= mask;
7212         }
7213
7214         /* convert mask to number of pages */
7215         return ~accl_mask + 1;
7216 }
7217
7218 /**
7219  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7220  *
7221  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7222  * memblock_set_node().
7223  */
7224 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7225 {
7226         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7227 }
7228
7229 /*
7230  * early_calculate_totalpages()
7231  * Sum pages in active regions for movable zone.
7232  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7233  */
7234 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7235 {
7236         unsigned long totalpages = 0;
7237         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7238         int i, nid;
7239
7240         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7241                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7242
7243                 totalpages += pages;
7244                 if (pages)
7245                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7246         }
7247         return totalpages;
7248 }
7249
7250 /*
7251  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7252  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7253  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7254  * others
7255  */
7256 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7257 {
7258         int i, nid;
7259         unsigned long usable_startpfn;
7260         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7261         /* save the state before borrow the nodemask */
7262         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7263         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7264         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7265         struct memblock_region *r;
7266
7267         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7268         find_usable_zone_for_movable();
7269
7270         /*
7271          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7272          * options.
7273          */
7274         if (movable_node_is_enabled()) {
7275                 for_each_mem_region(r) {
7276                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7277                                 continue;
7278
7279                         nid = memblock_get_region_node(r);
7280
7281                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7282                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7283                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7284                                 usable_startpfn;
7285                 }
7286
7287                 goto out2;
7288         }
7289
7290         /*
7291          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7292          */
7293         if (mirrored_kernelcore) {
7294                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7295
7296                 for_each_mem_region(r) {
7297                         if (memblock_is_mirror(r))
7298                                 continue;
7299
7300                         nid = memblock_get_region_node(r);
7301
7302                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7303
7304                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7305                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7306                                 continue;
7307                         }
7308
7309                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7310                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7311                                 usable_startpfn;
7312                 }
7313
7314                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7315                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7316
7317                 goto out2;
7318         }
7319
7320         /*
7321          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7322          * amount of necessary memory.
7323          */
7324         if (required_kernelcore_percent)
7325                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7326                                        10000UL;
7327         if (required_movablecore_percent)
7328                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7329                                         10000UL;
7330
7331         /*
7332          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7333          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7334          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7335          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7336          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7337          * what movablecore would have allowed.
7338          */
7339         if (required_movablecore) {
7340                 unsigned long corepages;
7341
7342                 /*
7343                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7344                  * was requested by the user
7345                  */
7346                 required_movablecore =
7347                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7348                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7349                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7350
7351                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7352         }
7353
7354         /*
7355          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7356          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7357          */
7358         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7359                 goto out;
7360
7361         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7362         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7363
7364 restart:
7365         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7366         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7367         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7368                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7369
7370                 /*
7371                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7372                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7373                  * amount of memory for the kernel
7374                  */
7375                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7376                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7377
7378                 /*
7379                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7380                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7381                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7382                  */
7383                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7384
7385                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7386                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7387                         unsigned long size_pages;
7388
7389                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7390                         if (start_pfn >= end_pfn)
7391                                 continue;
7392
7393                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7394                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7395                                 unsigned long kernel_pages;
7396                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7397                                                                 - start_pfn;
7398
7399                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7400                                                         kernelcore_remaining);
7401                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7402                                                         required_kernelcore);
7403
7404                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7405                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7406
7407                                         /*
7408                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7409                                          * that if we have to rebalance
7410                                          * kernelcore across nodes, we will
7411                                          * not double account here
7412                                          */
7413                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7414                                         continue;
7415                                 }
7416                                 start_pfn = usable_startpfn;
7417                         }
7418
7419                         /*
7420                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7421                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7422                          * number of pages used as kernelcore
7423                          */
7424                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7425                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7426                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7427                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7428
7429                         /*
7430                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7431                          * break if the kernelcore for this node has been
7432                          * satisfied
7433                          */
7434                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7435                                                                 size_pages);
7436                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7437                         if (!kernelcore_remaining)
7438                                 break;
7439                 }
7440         }
7441
7442         /*
7443          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7444          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7445          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7446          * satisfied
7447          */
7448         usable_nodes--;
7449         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7450                 goto restart;
7451
7452 out2:
7453         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7454         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7455                 zone_movable_pfn[nid] =
7456                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7457
7458 out:
7459         /* restore the node_state */
7460         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7461 }
7462
7463 /* Any regular or high memory on that node ? */
7464 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7465 {
7466         enum zone_type zone_type;
7467
7468         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7469                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7470                 if (populated_zone(zone)) {
7471                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7472                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7473                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7474                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7475                         break;
7476                 }
7477         }
7478 }
7479
7480 /*
7481  * Some architecturs, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7482  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7483  */
7484 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7485 {
7486         return false;
7487 }
7488
7489 /**
7490  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7491  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7492  *
7493  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7494  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7495  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7496  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7497  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7498  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7499  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7500  * at arch_max_dma_pfn.
7501  */
7502 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7503 {
7504         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7505         int i, nid, zone;
7506         bool descending;
7507
7508         /* Record where the zone boundaries are */
7509         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7510                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7511         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7512                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7513
7514         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7515         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7516
7517         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7518                 if (descending)
7519                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7520                 else
7521                         zone = i;
7522
7523                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7524                         continue;
7525
7526                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7527                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7528                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7529
7530                 start_pfn = end_pfn;
7531         }
7532
7533         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7534         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7535         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7536
7537         /* Print out the zone ranges */
7538         pr_info("Zone ranges:\n");
7539         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7540                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7541                         continue;
7542                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7543                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7544                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7545                         pr_cont("empty\n");
7546                 else
7547                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7548                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7549                                         << PAGE_SHIFT,
7550                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7551                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7552         }
7553
7554         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7555         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7556         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7557                 if (zone_movable_pfn[i])
7558                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7559                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7560         }
7561
7562         /*
7563          * Print out the early node map, and initialize the
7564          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7565          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7566          */
7567         pr_info("Early memory node ranges\n");
7568         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7569                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7570                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7571                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7572                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7573         }
7574
7575         /* Initialise every node */
7576         mminit_verify_pageflags_layout();
7577         setup_nr_node_ids();
7578         init_unavailable_mem();
7579         for_each_online_node(nid) {
7580                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7581                 free_area_init_node(nid);
7582
7583                 /* Any memory on that node */
7584                 if (pgdat->node_present_pages)
7585                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7586                 check_for_memory(pgdat, nid);
7587         }
7588 }
7589
7590 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7591                                      unsigned long *percent)
7592 {
7593         unsigned long long coremem;
7594         char *endptr;
7595
7596         if (!p)
7597                 return -EINVAL;
7598
7599         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7600         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7601         if (*endptr == '%') {
7602                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7603                 WARN_ON(coremem > 100);
7604
7605                 *percent = coremem;
7606         } else {
7607                 coremem = memparse(p, &p);
7608                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7609                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7610
7611                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7612                 *percent = 0UL;
7613         }
7614         return 0;
7615 }
7616
7617 /*
7618  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7619  * cannot be reclaimed or migrated.
7620  */
7621 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7622 {
7623         /* parse kernelcore=mirror */
7624         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7625                 mirrored_kernelcore = true;
7626                 return 0;
7627         }
7628
7629         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7630                                   &required_kernelcore_percent);
7631 }
7632
7633 /*
7634  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7635  * can be reclaimed or migrated.
7636  */
7637 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7638 {
7639         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7640                                   &required_movablecore_percent);
7641 }
7642
7643 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7644 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7645
7646 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7647 {
7648         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7649         totalram_pages_add(count);
7650 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7651         if (PageHighMem(page))
7652                 totalhigh_pages_add(count);
7653 #endif
7654 }
7655 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7656
7657 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7658 {
7659         void *pos;
7660         unsigned long pages = 0;
7661
7662         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7663         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7664         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7665                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7666                 void *direct_map_addr;
7667
7668                 /*
7669                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7670                  * because some architectures' virt_to_page()
7671                  * work with aliases.  Getting the direct map
7672                  * address ensures that we get a _writeable_
7673                  * alias for the memset().
7674                  */
7675                 direct_map_addr = page_address(page);
7676                 /*
7677                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
7678                  * has not been initialized.
7679                  */
7680                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
7681                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7682                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7683
7684                 free_reserved_page(page);
7685         }
7686
7687         if (pages && s)
7688                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7689                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7690
7691         return pages;
7692 }
7693
7694 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7695 void free_highmem_page(struct page *page)
7696 {
7697         __free_reserved_page(page);
7698         totalram_pages_inc();
7699         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7700         totalhigh_pages_inc();
7701 }
7702 #endif
7703
7704
7705 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7706 {
7707         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7708         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7709
7710         physpages = get_num_physpages();
7711         codesize = _etext - _stext;
7712         datasize = _edata - _sdata;
7713         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7714         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7715         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7716         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7717
7718         /*
7719          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7720          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7721          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7722          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7723          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7724          */
7725 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7726         do { \
7727                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7728                         size -= adj; \
7729         } while (0)
7730
7731         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7732                      _sinittext, init_code_size);
7733         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7734         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7735         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7736         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7737
7738 #undef  adj_init_size
7739
7740         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7741 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7742                 ", %luK highmem"
7743 #endif
7744                 "%s%s)\n",
7745                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7746                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7747                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7748                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7749                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7750                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7751 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7752                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7753 #endif
7754                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7755 }
7756
7757 /**
7758  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7759  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7760  *
7761  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7762  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7763  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7764  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7765  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7766  * smaller per-cpu batchsize.
7767  */
7768 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7769 {
7770         dma_reserve = new_dma_reserve;
7771 }
7772
7773 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7774 {
7775
7776         lru_add_drain_cpu(cpu);
7777         drain_pages(cpu);
7778
7779         /*
7780          * Spill the event counters of the dead processor
7781          * into the current processors event counters.
7782          * This artificially elevates the count of the current
7783          * processor.
7784          */
7785         vm_events_fold_cpu(cpu);
7786
7787         /*
7788          * Zero the differential counters of the dead processor
7789          * so that the vm statistics are consistent.
7790          *
7791          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7792          * race with what we are doing.
7793          */
7794         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7795         return 0;
7796 }
7797
7798 #ifdef CONFIG_NUMA
7799 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7800
7801 static int __init set_hashdist(char *str)
7802 {
7803         if (!str)
7804                 return 0;
7805         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7806         return 1;
7807 }
7808 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7809 #endif
7810
7811 void __init page_alloc_init(void)
7812 {
7813         int ret;
7814
7815 #ifdef CONFIG_NUMA
7816         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7817                 hashdist = 0;
7818 #endif
7819
7820         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7821                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7822                                         page_alloc_cpu_dead);
7823         WARN_ON(ret < 0);
7824 }
7825
7826 /*
7827  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7828  *      or min_free_kbytes changes.
7829  */
7830 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7831 {
7832         struct pglist_data *pgdat;
7833         unsigned long reserve_pages = 0;
7834         enum zone_type i, j;
7835
7836         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7837
7838                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7839
7840                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7841                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7842                         long max = 0;
7843                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7844
7845                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7846                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7847                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7848                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7849                         }
7850
7851                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7852                         max += high_wmark_pages(zone);
7853
7854                         if (max > managed_pages)
7855                                 max = managed_pages;
7856
7857                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7858
7859                         reserve_pages += max;
7860                 }
7861         }
7862         totalreserve_pages = reserve_pages;
7863 }
7864
7865 /*
7866  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7867  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7868  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7869  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7870  */
7871 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7872 {
7873         struct pglist_data *pgdat;
7874         enum zone_type i, j;
7875
7876         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7877                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
7878                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
7879                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
7880                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
7881                         unsigned long managed_pages = 0;
7882
7883                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7884                                 if (clear) {
7885                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7886                                 } else {
7887                                         struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
7888
7889                                         managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
7890                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
7891                                 }
7892                         }
7893                 }
7894         }
7895
7896         /* update totalreserve_pages */
7897         calculate_totalreserve_pages();
7898 }
7899
7900 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7901 {
7902         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7903         unsigned long lowmem_pages = 0;
7904         struct zone *zone;
7905         unsigned long flags;
7906
7907         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7908         for_each_zone(zone) {
7909                 if (!is_highmem(zone))
7910                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7911         }
7912
7913         for_each_zone(zone) {
7914                 u64 tmp;
7915
7916                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7917                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7918                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7919                 if (is_highmem(zone)) {
7920                         /*
7921                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7922                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7923                          * value here.
7924                          *
7925                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7926                          * deltas control async page reclaim, and so should
7927                          * not be capped for highmem.
7928                          */
7929                         unsigned long min_pages;
7930
7931                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7932                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7933                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7934                 } else {
7935                         /*
7936                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7937                          * proportionate to the zone's size.
7938                          */
7939                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7940                 }
7941
7942                 /*
7943                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7944                  * scale factor in proportion to available memory, but
7945                  * ensure a minimum size on small systems.
7946                  */
7947                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7948                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7949                                       watermark_scale_factor, 10000));
7950
7951                 zone->watermark_boost = 0;
7952                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7953                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7954
7955                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7956         }
7957
7958         /* update totalreserve_pages */
7959         calculate_totalreserve_pages();
7960 }
7961
7962 /**
7963  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7964  * or when memory is hot-{added|removed}
7965  *
7966  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7967  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7968  */
7969 void setup_per_zone_wmarks(void)
7970 {
7971         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7972
7973         spin_lock(&lock);
7974         __setup_per_zone_wmarks();
7975         spin_unlock(&lock);
7976 }
7977
7978 /*
7979  * Initialise min_free_kbytes.
7980  *
7981  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7982  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
7983  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7984  *
7985  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7986  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7987  *
7988  * which yields
7989  *
7990  * 16MB:        512k
7991  * 32MB:        724k
7992  * 64MB:        1024k
7993  * 128MB:       1448k
7994  * 256MB:       2048k
7995  * 512MB:       2896k
7996  * 1024MB:      4096k
7997  * 2048MB:      5792k
7998  * 4096MB:      8192k
7999  * 8192MB:      11584k
8000  * 16384MB:     16384k
8001  */
8002 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8003 {
8004         unsigned long lowmem_kbytes;
8005         int new_min_free_kbytes;
8006
8007         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8008         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8009
8010         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
8011                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
8012                 if (min_free_kbytes < 128)
8013                         min_free_kbytes = 128;
8014                 if (min_free_kbytes > 262144)
8015                         min_free_kbytes = 262144;
8016         } else {
8017                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8018                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8019         }
8020         setup_per_zone_wmarks();
8021         refresh_zone_stat_thresholds();
8022         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8023
8024 #ifdef CONFIG_NUMA
8025         setup_min_unmapped_ratio();
8026         setup_min_slab_ratio();
8027 #endif
8028
8029         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8030
8031         return 0;
8032 }
8033 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8034
8035 /*
8036  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8037  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8038  *      changes.
8039  */
8040 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8041                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8042 {
8043         int rc;
8044
8045         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8046         if (rc)
8047                 return rc;
8048
8049         if (write) {
8050                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8051                 setup_per_zone_wmarks();
8052         }
8053         return 0;
8054 }
8055
8056 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8057                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8058 {
8059         int rc;
8060
8061         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8062         if (rc)
8063                 return rc;
8064
8065         if (write)
8066                 setup_per_zone_wmarks();
8067
8068         return 0;
8069 }
8070
8071 #ifdef CONFIG_NUMA
8072 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8073 {
8074         pg_data_t *pgdat;
8075         struct zone *zone;
8076
8077         for_each_online_pgdat(pgdat)
8078                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8079
8080         for_each_zone(zone)
8081                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8082                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8083 }
8084
8085
8086 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8087                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8088 {
8089         int rc;
8090
8091         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8092         if (rc)
8093                 return rc;
8094
8095         setup_min_unmapped_ratio();
8096
8097         return 0;
8098 }
8099
8100 static void setup_min_slab_ratio(void)
8101 {
8102         pg_data_t *pgdat;
8103         struct zone *zone;
8104
8105         for_each_online_pgdat(pgdat)
8106                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8107
8108         for_each_zone(zone)
8109                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8110                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8111 }
8112
8113 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8114                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8115 {
8116         int rc;
8117
8118         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8119         if (rc)
8120                 return rc;
8121
8122         setup_min_slab_ratio();
8123
8124         return 0;
8125 }
8126 #endif
8127
8128 /*
8129  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8130  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8131  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8132  *
8133  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8134  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8135  * if in function of the boot time zone sizes.
8136  */
8137 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8138                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8139 {
8140         int i;
8141
8142         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8143
8144         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8145                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8146                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8147         }
8148
8149         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8150         return 0;
8151 }
8152
8153 /*
8154  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8155  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8156  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8157  */
8158 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8159                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8160 {
8161         struct zone *zone;
8162         int old_percpu_pagelist_fraction;
8163         int ret;
8164
8165         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8166         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8167
8168         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8169         if (!write || ret < 0)
8170                 goto out;
8171
8172         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8173         if (percpu_pagelist_fraction &&
8174             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8175                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8176                 ret = -EINVAL;
8177                 goto out;
8178         }
8179
8180         /* No change? */
8181         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8182                 goto out;
8183
8184         for_each_populated_zone(zone)
8185                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone);
8186 out:
8187         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8188         return ret;
8189 }
8190
8191 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8192 /*
8193  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8194  * is not known to alloc_large_system_hash().
8195  */
8196 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8197 {
8198         return 0;
8199 }
8200 #endif
8201
8202 /*
8203  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8204  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8205  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8206  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8207  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8208  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8209  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8210  */
8211 #if __BITS_PER_LONG > 32
8212 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8213 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8214 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8215 #endif
8216
8217 /*
8218  * allocate a large system hash table from bootmem
8219  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8220  *   quantity of entries
8221  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8222  */
8223 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8224                                      unsigned long bucketsize,
8225                                      unsigned long numentries,
8226                                      int scale,
8227                                      int flags,
8228                                      unsigned int *_hash_shift,
8229                                      unsigned int *_hash_mask,
8230                                      unsigned long low_limit,
8231                                      unsigned long high_limit)
8232 {
8233         unsigned long long max = high_limit;
8234         unsigned long log2qty, size;
8235         void *table = NULL;
8236         gfp_t gfp_flags;
8237         bool virt;
8238
8239         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8240         if (!numentries) {
8241                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8242                 numentries = nr_kernel_pages;
8243                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8244
8245                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8246                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8247                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8248
8249 #if __BITS_PER_LONG > 32
8250                 if (!high_limit) {
8251                         unsigned long adapt;
8252
8253                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8254                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8255                                 scale++;
8256                 }
8257 #endif
8258
8259                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8260                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8261                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8262                 else
8263                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8264
8265                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8266                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8267                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8268                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8269                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8270                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8271                                 BUG_ON(!numentries);
8272                         }
8273                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8274                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8275         }
8276         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8277
8278         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8279         if (max == 0) {
8280                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8281                 do_div(max, bucketsize);
8282         }
8283         max = min(max, 0x80000000ULL);
8284
8285         if (numentries < low_limit)
8286                 numentries = low_limit;
8287         if (numentries > max)
8288                 numentries = max;
8289
8290         log2qty = ilog2(numentries);
8291
8292         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8293         do {
8294                 virt = false;
8295                 size = bucketsize << log2qty;
8296                 if (flags & HASH_EARLY) {
8297                         if (flags & HASH_ZERO)
8298                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8299                         else
8300                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8301                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8302                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8303                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8304                         virt = true;
8305                 } else {
8306                         /*
8307                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8308                          * some pages at the end of hash table which
8309                          * alloc_pages_exact() automatically does
8310                          */
8311                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8312                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8313                 }
8314         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8315
8316         if (!table)
8317                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8318
8319         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8320                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8321                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8322
8323         if (_hash_shift)
8324                 *_hash_shift = log2qty;
8325         if (_hash_mask)
8326                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8327
8328         return table;
8329 }
8330
8331 /*
8332  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8333  *
8334  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8335  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8336  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8337  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8338  *
8339  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8340  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8341  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8342  *
8343  */
8344 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8345                                  int migratetype, int flags)
8346 {
8347         unsigned long iter = 0;
8348         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8349         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8350
8351         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8352                 /*
8353                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8354                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8355                  * so consider them movable here.
8356                  */
8357                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8358                         return NULL;
8359
8360                 return page;
8361         }
8362
8363         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8364                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8365                         continue;
8366
8367                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8368
8369                 /*
8370                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8371                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8372                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8373                  * specifying "movablecore".
8374                  */
8375                 if (PageReserved(page))
8376                         return page;
8377
8378                 /*
8379                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8380                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8381                  * is movable.
8382                  */
8383                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8384                         continue;
8385
8386                 /*
8387                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8388                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8389                  * We need not scan over tail pages because we don't
8390                  * handle each tail page individually in migration.
8391                  */
8392                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8393                         struct page *head = compound_head(page);
8394                         unsigned int skip_pages;
8395
8396                         if (PageHuge(page)) {
8397                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8398                                         return page;
8399                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8400                                 return page;
8401                         }
8402
8403                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8404                         iter += skip_pages - 1;
8405                         continue;
8406                 }
8407
8408                 /*
8409                  * We can't use page_count without pin a page
8410                  * because another CPU can free compound page.
8411                  * This check already skips compound tails of THP
8412                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8413                  */
8414                 if (!page_ref_count(page)) {
8415                         if (PageBuddy(page))
8416                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8417                         continue;
8418                 }
8419
8420                 /*
8421                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8422                  * page_count() is not 0.
8423                  */
8424                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8425                         continue;
8426
8427                 /*
8428                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8429                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8430                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8431                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8432                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8433                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8434                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8435                  * (false negatives in this function only)
8436                  */
8437                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8438                         continue;
8439
8440                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8441                         continue;
8442
8443                 /*
8444                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8445                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8446                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8447                  */
8448                 return page;
8449         }
8450         return NULL;
8451 }
8452
8453 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8454 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8455 {
8456         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8457                              pageblock_nr_pages) - 1);
8458 }
8459
8460 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8461 {
8462         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8463                                 pageblock_nr_pages));
8464 }
8465
8466 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8467 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8468                                         unsigned long start, unsigned long end)
8469 {
8470         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8471         unsigned int nr_reclaimed;
8472         unsigned long pfn = start;
8473         unsigned int tries = 0;
8474         int ret = 0;
8475         struct migration_target_control mtc = {
8476                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
8477                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
8478         };
8479
8480         migrate_prep();
8481
8482         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8483                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8484                         ret = -EINTR;
8485                         break;
8486                 }
8487
8488                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8489                         cc->nr_migratepages = 0;
8490                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8491                         if (!pfn) {
8492                                 ret = -EINTR;
8493                                 break;
8494                         }
8495                         tries = 0;
8496                 } else if (++tries == 5) {
8497                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8498                         break;
8499                 }
8500
8501                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8502                                                         &cc->migratepages);
8503                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8504
8505                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
8506                                 NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8507         }
8508         if (ret < 0) {
8509                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8510                 return ret;
8511         }
8512         return 0;
8513 }
8514
8515 /**
8516  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8517  * @start:      start PFN to allocate
8518  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8519  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8520  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8521  *                      in range must have the same migratetype and it must
8522  *                      be either of the two.
8523  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8524  *
8525  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8526  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8527  *
8528  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8529  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8530  * be modified by others.
8531  *
8532  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8533  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8534  * need to be freed with free_contig_range().
8535  */
8536 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8537                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8538 {
8539         unsigned long outer_start, outer_end;
8540         unsigned int order;
8541         int ret = 0;
8542
8543         struct compact_control cc = {
8544                 .nr_migratepages = 0,
8545                 .order = -1,
8546                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8547                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8548                 .ignore_skip_hint = true,
8549                 .no_set_skip_hint = true,
8550                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8551                 .alloc_contig = true,
8552         };
8553         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8554
8555         /*
8556          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8557          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8558          * have different sizes, and due to the way page allocator
8559          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8560          * that page allocator won't try to merge buddies from
8561          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8562          * other migration type.
8563          *
8564          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8565          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8566          * we are interested in).  This will put all the pages in
8567          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8568          *
8569          * When this is done, we take the pages in range from page
8570          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8571          * page allocator will never consider using them.
8572          *
8573          * This lets us mark the pageblocks back as
8574          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8575          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8576          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8577          */
8578
8579         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8580                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8581         if (ret)
8582                 return ret;
8583
8584         drain_all_pages(cc.zone);
8585
8586         /*
8587          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8588          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8589          * which will report the busy page.
8590          *
8591          * It is possible that busy pages could become available before
8592          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8593          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8594          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8595          */
8596         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8597         if (ret && ret != -EBUSY)
8598                 goto done;
8599         ret =0;
8600
8601         /*
8602          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8603          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8604          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8605          * What we are going to do is to allocate all pages from
8606          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8607          *
8608          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8609          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8610          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8611          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8612          * once this is done free the pages we are not interested in.
8613          *
8614          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8615          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8616          */
8617
8618         lru_add_drain_all();
8619
8620         order = 0;
8621         outer_start = start;
8622         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8623                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8624                         outer_start = start;
8625                         break;
8626                 }
8627                 outer_start &= ~0UL << order;
8628         }
8629
8630         if (outer_start != start) {
8631                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
8632
8633                 /*
8634                  * outer_start page could be small order buddy page and
8635                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8636                  * in this case to report failed page properly
8637                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8638                  */
8639                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8640                         outer_start = start;
8641         }
8642
8643         /* Make sure the range is really isolated. */
8644         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8645                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8646                         __func__, outer_start, end);
8647                 ret = -EBUSY;
8648                 goto done;
8649         }
8650
8651         /* Grab isolated pages from freelists. */
8652         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8653         if (!outer_end) {
8654                 ret = -EBUSY;
8655                 goto done;
8656         }
8657
8658         /* Free head and tail (if any) */
8659         if (start != outer_start)
8660                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8661         if (end != outer_end)
8662                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8663
8664 done:
8665         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8666                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8667         return ret;
8668 }
8669 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
8670
8671 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8672                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8673 {
8674         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8675
8676         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8677                                   gfp_mask);
8678 }
8679
8680 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8681                                    unsigned long nr_pages)
8682 {
8683         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8684         struct page *page;
8685
8686         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8687                 page = pfn_to_online_page(i);
8688                 if (!page)
8689                         return false;
8690
8691                 if (page_zone(page) != z)
8692                         return false;
8693
8694                 if (PageReserved(page))
8695                         return false;
8696
8697                 if (page_count(page) > 0)
8698                         return false;
8699
8700                 if (PageHuge(page))
8701                         return false;
8702         }
8703         return true;
8704 }
8705
8706 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8707                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8708 {
8709         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8710
8711         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8712 }
8713
8714 /**
8715  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8716  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8717  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8718  * @nid:        Target node
8719  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8720  *
8721  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8722  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8723  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8724  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8725  *
8726  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8727  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8728  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8729  *
8730  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8731  * __free_page() on each allocated page.
8732  *
8733  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8734  */
8735 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8736                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8737 {
8738         unsigned long ret, pfn, flags;
8739         struct zonelist *zonelist;
8740         struct zone *zone;
8741         struct zoneref *z;
8742
8743         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
8744         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
8745                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
8746                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8747
8748                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
8749                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
8750                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
8751                                 /*
8752                                  * We release the zone lock here because
8753                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
8754                                  * at some point. If there's an allocation
8755                                  * spinning on this lock, it may win the race
8756                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
8757                                  */
8758                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8759                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
8760                                                         gfp_mask);
8761                                 if (!ret)
8762                                         return pfn_to_page(pfn);
8763                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8764                         }
8765                         pfn += nr_pages;
8766                 }
8767                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8768         }
8769         return NULL;
8770 }
8771 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8772
8773 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8774 {
8775         unsigned int count = 0;
8776
8777         for (; nr_pages--; pfn++) {
8778                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8779
8780                 count += page_count(page) != 1;
8781                 __free_page(page);
8782         }
8783         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8784 }
8785 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
8786
8787 /*
8788  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8789  * page high values need to be recalulated.
8790  */
8791 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8792 {
8793         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8794         zone_set_pageset_high_and_batch(zone);
8795         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8796 }
8797
8798 /*
8799  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
8800  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
8801  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
8802  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
8803  *
8804  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
8805  */
8806 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
8807 {
8808         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8809         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
8810         __drain_all_pages(zone, true);
8811 }
8812
8813 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
8814 {
8815         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
8816         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8817 }
8818
8819 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8820 {
8821         unsigned long flags;
8822         int cpu;
8823         struct per_cpu_pageset *pset;
8824
8825         /* avoid races with drain_pages()  */
8826         local_irq_save(flags);
8827         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8828                 for_each_online_cpu(cpu) {
8829                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8830                         drain_zonestat(zone, pset);
8831                 }
8832                 free_percpu(zone->pageset);
8833                 zone->pageset = &boot_pageset;
8834         }
8835         local_irq_restore(flags);
8836 }
8837
8838 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8839 /*
8840  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
8841  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
8842  */
8843 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8844 {
8845         unsigned long pfn = start_pfn;
8846         struct page *page;
8847         struct zone *zone;
8848         unsigned int order;
8849         unsigned long flags;
8850
8851         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8852         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8853         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8854         while (pfn < end_pfn) {
8855                 page = pfn_to_page(pfn);
8856                 /*
8857                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8858                  * page_count() is not 0.
8859                  */
8860                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8861                         pfn++;
8862                         continue;
8863                 }
8864                 /*
8865                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
8866                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
8867                  */
8868                 if (PageOffline(page)) {
8869                         BUG_ON(page_count(page));
8870                         BUG_ON(PageBuddy(page));
8871                         pfn++;
8872                         continue;
8873                 }
8874
8875                 BUG_ON(page_count(page));
8876                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8877                 order = buddy_order(page);
8878                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
8879                 pfn += (1 << order);
8880         }
8881         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8882 }
8883 #endif
8884
8885 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8886 {
8887         struct zone *zone = page_zone(page);
8888         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8889         unsigned long flags;
8890         unsigned int order;
8891
8892         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8893         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8894                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8895
8896                 if (PageBuddy(page_head) && buddy_order(page_head) >= order)
8897                         break;
8898         }
8899         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8900
8901         return order < MAX_ORDER;
8902 }
8903
8904 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8905 /*
8906  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
8907  * buddy allocator.
8908  */
8909 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8910                                    struct page *target, int low, int high,
8911                                    int migratetype)
8912 {
8913         unsigned long size = 1 << high;
8914         struct page *current_buddy, *next_page;
8915
8916         while (high > low) {
8917                 high--;
8918                 size >>= 1;
8919
8920                 if (target >= &page[size]) {
8921                         next_page = page + size;
8922                         current_buddy = page;
8923                 } else {
8924                         next_page = page;
8925                         current_buddy = page + size;
8926                 }
8927
8928                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
8929                         continue;
8930
8931                 if (current_buddy != target) {
8932                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
8933                         set_buddy_order(current_buddy, high);
8934                         page = next_page;
8935                 }
8936         }
8937 }
8938
8939 /*
8940  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
8941  */
8942 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
8943 {
8944         struct zone *zone = page_zone(page);
8945         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8946         unsigned long flags;
8947         unsigned int order;
8948         bool ret = false;
8949
8950         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8951         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8952                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8953                 int page_order = buddy_order(page_head);
8954
8955                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
8956                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
8957                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
8958                                                                    pfn_head);
8959
8960                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
8961                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
8962                                                 page_order, migratetype);
8963                         ret = true;
8964                         break;
8965                 }
8966                 if (page_count(page_head) > 0)
8967                         break;
8968         }
8969         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8970         return ret;
8971 }
8972 #endif