Merge branch 'misc.namei' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/viro/vfs
[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 #include <asm/sections.h>
76 #include <asm/tlbflush.h>
77 #include <asm/div64.h>
78 #include "internal.h"
79 #include "shuffle.h"
80 #include "page_reporting.h"
81
82 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
83 typedef int __bitwise fpi_t;
84
85 /* No special request */
86 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
87
88 /*
89  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
90  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
91  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
92  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
93  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
94  * putting it back unmodified.
95  */
96 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
97
98 /*
99  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
100  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
101  * shuffle the whole zone).
102  *
103  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
104  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
105  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
106  *       reporting).
107  */
108 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
109
110 /*
111  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
112  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
113  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
114  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
115  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
116  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
117  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
118  */
119 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
120
121 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
122 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
123 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
124
125 struct pagesets {
126         local_lock_t lock;
127 };
128 static DEFINE_PER_CPU(struct pagesets, pagesets) = {
129         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
130 };
131
132 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
133 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
134 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
135 #endif
136
137 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
138
139 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
140 /*
141  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
142  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
143  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
144  * defined in <linux/topology.h>.
145  */
146 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
147 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
148 #endif
149
150 /* work_structs for global per-cpu drains */
151 struct pcpu_drain {
152         struct zone *zone;
153         struct work_struct work;
154 };
155 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
156 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
157
158 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
159 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
160 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
161 #endif
162
163 /*
164  * Array of node states.
165  */
166 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
167         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
168         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
169 #ifndef CONFIG_NUMA
170         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
171 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
172         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
173 #endif
174         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
175         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
176 #endif  /* NUMA */
177 };
178 EXPORT_SYMBOL(node_states);
179
180 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
181 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
182 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
183 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
184
185 int percpu_pagelist_high_fraction;
186 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
187 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
188 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
189
190 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
191 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
192
193 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
194                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
195 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
196 {
197
198         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
199 }
200 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
201
202 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
203                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
204 static int __init early_init_on_free(char *buf)
205 {
206         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
207 }
208 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
209
210 /*
211  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
212  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
213  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
214  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
215  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
216  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
217  */
218 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
219 {
220         return page->index;
221 }
222
223 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
224 {
225         page->index = migratetype;
226 }
227
228 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
229 /*
230  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
231  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
232  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
233  * they should always be called with system_transition_mutex held
234  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
235  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
236  * with that modification).
237  */
238
239 static gfp_t saved_gfp_mask;
240
241 void pm_restore_gfp_mask(void)
242 {
243         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
244         if (saved_gfp_mask) {
245                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
246                 saved_gfp_mask = 0;
247         }
248 }
249
250 void pm_restrict_gfp_mask(void)
251 {
252         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
253         WARN_ON(saved_gfp_mask);
254         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
255         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
256 }
257
258 bool pm_suspended_storage(void)
259 {
260         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
261                 return false;
262         return true;
263 }
264 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
265
266 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
267 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
268 #endif
269
270 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
271                             fpi_t fpi_flags);
272
273 /*
274  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
275  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
276  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
277  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
278  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
279  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
280  *
281  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
282  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
283  */
284 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
285 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
286         [ZONE_DMA] = 256,
287 #endif
288 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
289         [ZONE_DMA32] = 256,
290 #endif
291         [ZONE_NORMAL] = 32,
292 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
293         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
294 #endif
295         [ZONE_MOVABLE] = 0,
296 };
297
298 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
299 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
300          "DMA",
301 #endif
302 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
303          "DMA32",
304 #endif
305          "Normal",
306 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
307          "HighMem",
308 #endif
309          "Movable",
310 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
311          "Device",
312 #endif
313 };
314
315 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
316         "Unmovable",
317         "Movable",
318         "Reclaimable",
319         "HighAtomic",
320 #ifdef CONFIG_CMA
321         "CMA",
322 #endif
323 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
324         "Isolate",
325 #endif
326 };
327
328 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
329         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
330         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
331 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
332         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
333 #endif
334 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
335         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
336 #endif
337 };
338
339 int min_free_kbytes = 1024;
340 int user_min_free_kbytes = -1;
341 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
342 int watermark_scale_factor = 10;
343
344 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
345 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
346 static unsigned long dma_reserve __initdata;
347
348 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
349 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
350 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
351 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
352 static unsigned long required_movablecore __initdata;
353 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
354 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
355 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
356
357 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
358 int movable_zone;
359 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
360
361 #if MAX_NUMNODES > 1
362 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
363 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
364 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
365 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
366 #endif
367
368 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
369
370 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
371 /*
372  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
373  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
374  * and we can permanently disable that path.
375  */
376 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
377
378 /*
379  * Calling kasan_poison_pages() only after deferred memory initialization
380  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
381  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
382  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
383  *
384  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
385  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
386  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
387  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
388  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
389  * initialization is done, but this is not likely to happen.
390  */
391 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
392 {
393         return static_branch_unlikely(&deferred_pages) ||
394                (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
395                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
396                PageSkipKASanPoison(page);
397 }
398
399 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
400 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
401 {
402         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
403
404         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
405                 return true;
406
407         return false;
408 }
409
410 /*
411  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
412  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
413  */
414 static bool __meminit
415 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
416 {
417         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
418
419         /*
420          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
421          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
422          */
423         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
424                 prev_end_pfn = end_pfn;
425                 nr_initialised = 0;
426         }
427
428         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
429         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
430                 return false;
431
432         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
433                 return true;
434         /*
435          * We start only with one section of pages, more pages are added as
436          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
437          */
438         nr_initialised++;
439         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
440             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
441                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
442                 return true;
443         }
444         return false;
445 }
446 #else
447 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
448 {
449         return (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
450                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
451                PageSkipKASanPoison(page);
452 }
453
454 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
455 {
456         return false;
457 }
458
459 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
460 {
461         return false;
462 }
463 #endif
464
465 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
466 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
467                                                         unsigned long pfn)
468 {
469 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
470         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
471 #else
472         return page_zone(page)->pageblock_flags;
473 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
474 }
475
476 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
477 {
478 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
479         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
480 #else
481         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
482 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
483         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
484 }
485
486 static __always_inline
487 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
488                                         unsigned long pfn,
489                                         unsigned long mask)
490 {
491         unsigned long *bitmap;
492         unsigned long bitidx, word_bitidx;
493         unsigned long word;
494
495         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
496         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
497         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
498         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
499
500         word = bitmap[word_bitidx];
501         return (word >> bitidx) & mask;
502 }
503
504 /**
505  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
506  * @page: The page within the block of interest
507  * @pfn: The target page frame number
508  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
509  *
510  * Return: pageblock_bits flags
511  */
512 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
513                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
514 {
515         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
516 }
517
518 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
519                                         unsigned long pfn)
520 {
521         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
522 }
523
524 /**
525  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
526  * @page: The page within the block of interest
527  * @flags: The flags to set
528  * @pfn: The target page frame number
529  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
530  */
531 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
532                                         unsigned long pfn,
533                                         unsigned long mask)
534 {
535         unsigned long *bitmap;
536         unsigned long bitidx, word_bitidx;
537         unsigned long old_word, word;
538
539         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
540         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
541
542         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
543         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
544         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
545         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
546
547         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
548
549         mask <<= bitidx;
550         flags <<= bitidx;
551
552         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
553         for (;;) {
554                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
555                 if (word == old_word)
556                         break;
557                 word = old_word;
558         }
559 }
560
561 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
562 {
563         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
564                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
565                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
566
567         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
568                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
569 }
570
571 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
572 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
573 {
574         int ret = 0;
575         unsigned seq;
576         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
577         unsigned long sp, start_pfn;
578
579         do {
580                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
581                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
582                 sp = zone->spanned_pages;
583                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
584                         ret = 1;
585         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
586
587         if (ret)
588                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
589                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
590                         start_pfn, start_pfn + sp);
591
592         return ret;
593 }
594
595 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
596 {
597         if (zone != page_zone(page))
598                 return 0;
599
600         return 1;
601 }
602 /*
603  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
604  */
605 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
606 {
607         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
608                 return 1;
609         if (!page_is_consistent(zone, page))
610                 return 1;
611
612         return 0;
613 }
614 #else
615 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
616 {
617         return 0;
618 }
619 #endif
620
621 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
622 {
623         static unsigned long resume;
624         static unsigned long nr_shown;
625         static unsigned long nr_unshown;
626
627         /*
628          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
629          * or allow a steady drip of one report per second.
630          */
631         if (nr_shown == 60) {
632                 if (time_before(jiffies, resume)) {
633                         nr_unshown++;
634                         goto out;
635                 }
636                 if (nr_unshown) {
637                         pr_alert(
638                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
639                                 nr_unshown);
640                         nr_unshown = 0;
641                 }
642                 nr_shown = 0;
643         }
644         if (nr_shown++ == 0)
645                 resume = jiffies + 60 * HZ;
646
647         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
648                 current->comm, page_to_pfn(page));
649         dump_page(page, reason);
650
651         print_modules();
652         dump_stack();
653 out:
654         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
655         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
656         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
657 }
658
659 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
660 {
661         int base = order;
662
663 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
664         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
665                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
666                 base = PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER + 1;
667         }
668 #else
669         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
670 #endif
671
672         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
673 }
674
675 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
676 {
677         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
678
679 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
680         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
681                 order = pageblock_order;
682                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
683         }
684 #else
685         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
686 #endif
687
688         return order;
689 }
690
691 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
692 {
693         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
694                 return true;
695 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
696         if (order == pageblock_order)
697                 return true;
698 #endif
699         return false;
700 }
701
702 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
703 {
704         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
705                 free_unref_page(page, order);
706         else
707                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
708 }
709
710 /*
711  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
712  *
713  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
714  *
715  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
716  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
717  *
718  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
719  * page destructors. See compound_page_dtors.
720  *
721  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
722  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
723  */
724
725 void free_compound_page(struct page *page)
726 {
727         mem_cgroup_uncharge(page);
728         free_the_page(page, compound_order(page));
729 }
730
731 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
732 {
733         int i;
734         int nr_pages = 1 << order;
735
736         __SetPageHead(page);
737         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
738                 struct page *p = page + i;
739                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
740                 set_compound_head(p, page);
741         }
742
743         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
744         set_compound_order(page, order);
745         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
746         if (hpage_pincount_available(page))
747                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
748 }
749
750 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
751 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
752
753 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
754                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
755 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
756 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
757 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
758
759 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
760
761 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
762 {
763         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
764 }
765 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
766
767 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
768 {
769         unsigned long res;
770
771         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
772                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
773                 return 0;
774         }
775         _debug_guardpage_minorder = res;
776         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
777         return 0;
778 }
779 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
780
781 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
782                                 unsigned int order, int migratetype)
783 {
784         if (!debug_guardpage_enabled())
785                 return false;
786
787         if (order >= debug_guardpage_minorder())
788                 return false;
789
790         __SetPageGuard(page);
791         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
792         set_page_private(page, order);
793         /* Guard pages are not available for any usage */
794         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
795
796         return true;
797 }
798
799 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
800                                 unsigned int order, int migratetype)
801 {
802         if (!debug_guardpage_enabled())
803                 return;
804
805         __ClearPageGuard(page);
806
807         set_page_private(page, 0);
808         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
809                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
810 }
811 #else
812 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
813                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
814 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
815                                 unsigned int order, int migratetype) {}
816 #endif
817
818 /*
819  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
820  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
821  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
822  * enabled, and then make decisions.
823  */
824 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
825 {
826         bool page_poisoning_requested = false;
827
828 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
829         /*
830          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
831          * either of those options are enabled, enable poisoning.
832          */
833         if (page_poisoning_enabled() ||
834              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
835               debug_pagealloc_enabled())) {
836                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
837                 page_poisoning_requested = true;
838         }
839 #endif
840
841         if ((_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early) &&
842             page_poisoning_requested) {
843                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
844                         "will take precedence over init_on_alloc and init_on_free\n");
845                 _init_on_alloc_enabled_early = false;
846                 _init_on_free_enabled_early = false;
847         }
848
849         if (_init_on_alloc_enabled_early)
850                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
851         else
852                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
853
854         if (_init_on_free_enabled_early)
855                 static_branch_enable(&init_on_free);
856         else
857                 static_branch_disable(&init_on_free);
858
859 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
860         if (!debug_pagealloc_enabled())
861                 return;
862
863         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
864
865         if (!debug_guardpage_minorder())
866                 return;
867
868         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
869 #endif
870 }
871
872 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
873 {
874         set_page_private(page, order);
875         __SetPageBuddy(page);
876 }
877
878 /*
879  * This function checks whether a page is free && is the buddy
880  * we can coalesce a page and its buddy if
881  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
882  * (b) the buddy is in the buddy system &&
883  * (c) a page and its buddy have the same order &&
884  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
885  *
886  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
887  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
888  *
889  * For recording page's order, we use page_private(page).
890  */
891 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
892                                                         unsigned int order)
893 {
894         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
895                 return false;
896
897         if (buddy_order(buddy) != order)
898                 return false;
899
900         /*
901          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
902          * zone/node ids for pages that could never merge.
903          */
904         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
905                 return false;
906
907         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
908
909         return true;
910 }
911
912 #ifdef CONFIG_COMPACTION
913 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
914 {
915         struct capture_control *capc = current->capture_control;
916
917         return unlikely(capc) &&
918                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
919                 !capc->page &&
920                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
921 }
922
923 static inline bool
924 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
925                    int order, int migratetype)
926 {
927         if (!capc || order != capc->cc->order)
928                 return false;
929
930         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
931         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
932             is_migrate_isolate(migratetype))
933                 return false;
934
935         /*
936          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
937          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
938          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
939          * have trouble finding a high-order free page.
940          */
941         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
942                 return false;
943
944         capc->page = page;
945         return true;
946 }
947
948 #else
949 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
950 {
951         return NULL;
952 }
953
954 static inline bool
955 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
956                    int order, int migratetype)
957 {
958         return false;
959 }
960 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
961
962 /* Used for pages not on another list */
963 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
964                                     unsigned int order, int migratetype)
965 {
966         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
967
968         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
969         area->nr_free++;
970 }
971
972 /* Used for pages not on another list */
973 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
974                                          unsigned int order, int migratetype)
975 {
976         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
977
978         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
979         area->nr_free++;
980 }
981
982 /*
983  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
984  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
985  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
986  */
987 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
988                                      unsigned int order, int migratetype)
989 {
990         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
991
992         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
993 }
994
995 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
996                                            unsigned int order)
997 {
998         /* clear reported state and update reported page count */
999         if (page_reported(page))
1000                 __ClearPageReported(page);
1001
1002         list_del(&page->lru);
1003         __ClearPageBuddy(page);
1004         set_page_private(page, 0);
1005         zone->free_area[order].nr_free--;
1006 }
1007
1008 /*
1009  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
1010  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
1011  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
1012  * that is happening, add the free page to the tail of the list
1013  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
1014  * as a higher order page
1015  */
1016 static inline bool
1017 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
1018                    struct page *page, unsigned int order)
1019 {
1020         struct page *higher_page, *higher_buddy;
1021         unsigned long combined_pfn;
1022
1023         if (order >= MAX_ORDER - 2)
1024                 return false;
1025
1026         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1027         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
1028         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
1029         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
1030
1031         return page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
1032 }
1033
1034 /*
1035  * Freeing function for a buddy system allocator.
1036  *
1037  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1038  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1039  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1040  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1041  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1042  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1043  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1044  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1045  * parts of the VM system.
1046  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1047  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1048  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1049  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1050  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1051  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1052  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1053  * triggers coalescing into a block of larger size.
1054  *
1055  * -- nyc
1056  */
1057
1058 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1059                 unsigned long pfn,
1060                 struct zone *zone, unsigned int order,
1061                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1062 {
1063         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1064         unsigned long buddy_pfn;
1065         unsigned long combined_pfn;
1066         unsigned int max_order;
1067         struct page *buddy;
1068         bool to_tail;
1069
1070         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER - 1, pageblock_order);
1071
1072         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1073         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1074
1075         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1076         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1077                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1078
1079         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1080         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1081
1082 continue_merging:
1083         while (order < max_order) {
1084                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1085                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1086                                                                 migratetype);
1087                         return;
1088                 }
1089                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1090                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1091
1092                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1093                         goto done_merging;
1094                 /*
1095                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1096                  * merge with it and move up one order.
1097                  */
1098                 if (page_is_guard(buddy))
1099                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1100                 else
1101                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1102                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1103                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1104                 pfn = combined_pfn;
1105                 order++;
1106         }
1107         if (order < MAX_ORDER - 1) {
1108                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1109                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1110                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1111                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1112                  *
1113                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1114                  * low-order merging.
1115                  */
1116                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1117                         int buddy_mt;
1118
1119                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1120                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1121                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1122
1123                         if (migratetype != buddy_mt
1124                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1125                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1126                                 goto done_merging;
1127                 }
1128                 max_order = order + 1;
1129                 goto continue_merging;
1130         }
1131
1132 done_merging:
1133         set_buddy_order(page, order);
1134
1135         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1136                 to_tail = true;
1137         else if (is_shuffle_order(order))
1138                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1139         else
1140                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1141
1142         if (to_tail)
1143                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1144         else
1145                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1146
1147         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1148         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1149                 page_reporting_notify_free(order);
1150 }
1151
1152 /*
1153  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1154  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1155  * check if necessary.
1156  */
1157 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1158                                         unsigned long check_flags)
1159 {
1160         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1161                 return false;
1162
1163         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1164                         page_ref_count(page) |
1165 #ifdef CONFIG_MEMCG
1166                         page->memcg_data |
1167 #endif
1168                         (page->flags & check_flags)))
1169                 return false;
1170
1171         return true;
1172 }
1173
1174 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1175 {
1176         const char *bad_reason = NULL;
1177
1178         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1179                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1180         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1181                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1182         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1183                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1184         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1185                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1186                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1187                 else
1188                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1189         }
1190 #ifdef CONFIG_MEMCG
1191         if (unlikely(page->memcg_data))
1192                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1193 #endif
1194         return bad_reason;
1195 }
1196
1197 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1198 {
1199         bad_page(page,
1200                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1201 }
1202
1203 static inline int check_free_page(struct page *page)
1204 {
1205         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1206                 return 0;
1207
1208         /* Something has gone sideways, find it */
1209         check_free_page_bad(page);
1210         return 1;
1211 }
1212
1213 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1214 {
1215         int ret = 1;
1216
1217         /*
1218          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1219          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1220          */
1221         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1222
1223         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1224                 ret = 0;
1225                 goto out;
1226         }
1227         switch (page - head_page) {
1228         case 1:
1229                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1230                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1231                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1232                         goto out;
1233                 }
1234                 break;
1235         case 2:
1236                 /*
1237                  * the second tail page: ->mapping is
1238                  * deferred_list.next -- ignore value.
1239                  */
1240                 break;
1241         default:
1242                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1243                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1244                         goto out;
1245                 }
1246                 break;
1247         }
1248         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1249                 bad_page(page, "PageTail not set");
1250                 goto out;
1251         }
1252         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1253                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1254                 goto out;
1255         }
1256         ret = 0;
1257 out:
1258         page->mapping = NULL;
1259         clear_compound_head(page);
1260         return ret;
1261 }
1262
1263 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages, bool zero_tags)
1264 {
1265         int i;
1266
1267         if (zero_tags) {
1268                 for (i = 0; i < numpages; i++)
1269                         tag_clear_highpage(page + i);
1270                 return;
1271         }
1272
1273         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1274         kasan_disable_current();
1275         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1276                 u8 tag = page_kasan_tag(page + i);
1277                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1278                 clear_highpage(page + i);
1279                 page_kasan_tag_set(page + i, tag);
1280         }
1281         kasan_enable_current();
1282 }
1283
1284 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1285                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1286 {
1287         int bad = 0;
1288         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags);
1289
1290         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1291
1292         trace_mm_page_free(page, order);
1293
1294         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1295                 /*
1296                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1297                  * Untie memcg state and reset page's owner
1298                  */
1299                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1300                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1301                 reset_page_owner(page, order);
1302                 return false;
1303         }
1304
1305         /*
1306          * Check tail pages before head page information is cleared to
1307          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1308          */
1309         if (unlikely(order)) {
1310                 bool compound = PageCompound(page);
1311                 int i;
1312
1313                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1314
1315                 if (compound)
1316                         ClearPageDoubleMap(page);
1317                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1318                         if (compound)
1319                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1320                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1321                                 bad++;
1322                                 continue;
1323                         }
1324                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1325                 }
1326         }
1327         if (PageMappingFlags(page))
1328                 page->mapping = NULL;
1329         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1330                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1331         if (check_free)
1332                 bad += check_free_page(page);
1333         if (bad)
1334                 return false;
1335
1336         page_cpupid_reset_last(page);
1337         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1338         reset_page_owner(page, order);
1339
1340         if (!PageHighMem(page)) {
1341                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1342                                            PAGE_SIZE << order);
1343                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1344                                            PAGE_SIZE << order);
1345         }
1346
1347         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1348
1349         /*
1350          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1351          * kasan_free_pages and kernel_init_free_pages must be
1352          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1353          *
1354          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1355          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1356          */
1357         if (kasan_has_integrated_init()) {
1358                 if (!skip_kasan_poison)
1359                         kasan_free_pages(page, order);
1360         } else {
1361                 bool init = want_init_on_free();
1362
1363                 if (init)
1364                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order, false);
1365                 if (!skip_kasan_poison)
1366                         kasan_poison_pages(page, order, init);
1367         }
1368
1369         /*
1370          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1371          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1372          * happen after this.
1373          */
1374         arch_free_page(page, order);
1375
1376         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1377
1378         return true;
1379 }
1380
1381 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1382 /*
1383  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1384  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1385  * moved from pcp lists to free lists.
1386  */
1387 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1388 {
1389         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1390 }
1391
1392 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1393 {
1394         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1395                 return check_free_page(page);
1396         else
1397                 return false;
1398 }
1399 #else
1400 /*
1401  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1402  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1403  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1404  * to the pcp lists.
1405  */
1406 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1407 {
1408         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1409                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1410         else
1411                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1412 }
1413
1414 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1415 {
1416         return check_free_page(page);
1417 }
1418 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1419
1420 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1421 {
1422         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1423         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1424         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1425
1426         prefetch(buddy);
1427 }
1428
1429 /*
1430  * Frees a number of pages from the PCP lists
1431  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1432  * count is the number of pages to free.
1433  *
1434  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1435  * see if this freeing clears that state.
1436  *
1437  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1438  * pinned" detection logic.
1439  */
1440 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1441                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1442 {
1443         int pindex = 0;
1444         int batch_free = 0;
1445         int nr_freed = 0;
1446         unsigned int order;
1447         int prefetch_nr = READ_ONCE(pcp->batch);
1448         bool isolated_pageblocks;
1449         struct page *page, *tmp;
1450         LIST_HEAD(head);
1451
1452         /*
1453          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1454          * below while (list_empty(list)) loop.
1455          */
1456         count = min(pcp->count, count);
1457         while (count > 0) {
1458                 struct list_head *list;
1459
1460                 /*
1461                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1462                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1463                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1464                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1465                  * lists
1466                  */
1467                 do {
1468                         batch_free++;
1469                         if (++pindex == NR_PCP_LISTS)
1470                                 pindex = 0;
1471                         list = &pcp->lists[pindex];
1472                 } while (list_empty(list));
1473
1474                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1475                 if (batch_free == NR_PCP_LISTS)
1476                         batch_free = count;
1477
1478                 order = pindex_to_order(pindex);
1479                 BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER >= (1<<NR_PCP_ORDER_WIDTH));
1480                 do {
1481                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1482                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1483                         list_del(&page->lru);
1484                         nr_freed += 1 << order;
1485                         count -= 1 << order;
1486
1487                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1488                                 continue;
1489
1490                         /* Encode order with the migratetype */
1491                         page->index <<= NR_PCP_ORDER_WIDTH;
1492                         page->index |= order;
1493
1494                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1495
1496                         /*
1497                          * We are going to put the page back to the global
1498                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1499                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1500                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1501                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1502                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1503                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1504                          */
1505                         if (prefetch_nr) {
1506                                 prefetch_buddy(page);
1507                                 prefetch_nr--;
1508                         }
1509                 } while (count > 0 && --batch_free && !list_empty(list));
1510         }
1511         pcp->count -= nr_freed;
1512
1513         /*
1514          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
1515          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
1516          */
1517         spin_lock(&zone->lock);
1518         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1519
1520         /*
1521          * Use safe version since after __free_one_page(),
1522          * page->lru.next will not point to original list.
1523          */
1524         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1525                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1526
1527                 /* mt has been encoded with the order (see above) */
1528                 order = mt & NR_PCP_ORDER_MASK;
1529                 mt >>= NR_PCP_ORDER_WIDTH;
1530
1531                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1532                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1533                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1534                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1535                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1536
1537                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1538                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1539         }
1540         spin_unlock(&zone->lock);
1541 }
1542
1543 static void free_one_page(struct zone *zone,
1544                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1545                                 unsigned int order,
1546                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1547 {
1548         unsigned long flags;
1549
1550         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1551         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1552                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1553                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1554         }
1555         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1556         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1557 }
1558
1559 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1560                                 unsigned long zone, int nid)
1561 {
1562         mm_zero_struct_page(page);
1563         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1564         init_page_count(page);
1565         page_mapcount_reset(page);
1566         page_cpupid_reset_last(page);
1567         page_kasan_tag_reset(page);
1568
1569         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1570 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1571         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1572         if (!is_highmem_idx(zone))
1573                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1574 #endif
1575 }
1576
1577 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1578 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1579 {
1580         pg_data_t *pgdat;
1581         int nid, zid;
1582
1583         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1584                 return;
1585
1586         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1587         pgdat = NODE_DATA(nid);
1588
1589         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1590                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1591
1592                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1593                         break;
1594         }
1595         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1596 }
1597 #else
1598 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1599 {
1600 }
1601 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1602
1603 /*
1604  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1605  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1606  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1607  * sent to the buddy page allocator.
1608  */
1609 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1610 {
1611         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1612         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1613
1614         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1615                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1616                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1617
1618                         init_reserved_page(start_pfn);
1619
1620                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1621                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1622
1623                         /*
1624                          * no need for atomic set_bit because the struct
1625                          * page is not visible yet so nobody should
1626                          * access it yet.
1627                          */
1628                         __SetPageReserved(page);
1629                 }
1630         }
1631 }
1632
1633 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1634                             fpi_t fpi_flags)
1635 {
1636         unsigned long flags;
1637         int migratetype;
1638         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1639         struct zone *zone = page_zone(page);
1640
1641         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1642                 return;
1643
1644         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1645
1646         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1647         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1648                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1649                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1650         }
1651         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1652         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1653
1654         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1655 }
1656
1657 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1658 {
1659         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1660         struct page *p = page;
1661         unsigned int loop;
1662
1663         /*
1664          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1665          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1666          * refcount of all involved pages to 0.
1667          */
1668         prefetchw(p);
1669         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1670                 prefetchw(p + 1);
1671                 __ClearPageReserved(p);
1672                 set_page_count(p, 0);
1673         }
1674         __ClearPageReserved(p);
1675         set_page_count(p, 0);
1676
1677         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1678
1679         /*
1680          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1681          * relevant for memory onlining.
1682          */
1683         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1684 }
1685
1686 #ifdef CONFIG_NUMA
1687
1688 /*
1689  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1690  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1691  * treats start/end as pfns.
1692  */
1693 struct mminit_pfnnid_cache {
1694         unsigned long last_start;
1695         unsigned long last_end;
1696         int last_nid;
1697 };
1698
1699 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1700
1701 /*
1702  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1703  */
1704 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1705                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1706 {
1707         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1708         int nid;
1709
1710         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1711                 return state->last_nid;
1712
1713         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1714         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1715                 state->last_start = start_pfn;
1716                 state->last_end = end_pfn;
1717                 state->last_nid = nid;
1718         }
1719
1720         return nid;
1721 }
1722
1723 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1724 {
1725         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1726         int nid;
1727
1728         spin_lock(&early_pfn_lock);
1729         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1730         if (nid < 0)
1731                 nid = first_online_node;
1732         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1733
1734         return nid;
1735 }
1736 #endif /* CONFIG_NUMA */
1737
1738 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1739                                                         unsigned int order)
1740 {
1741         if (early_page_uninitialised(pfn))
1742                 return;
1743         __free_pages_core(page, order);
1744 }
1745
1746 /*
1747  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1748  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1749  * with the migration of free compaction scanner.
1750  *
1751  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1752  *
1753  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1754  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1755  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1756  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1757  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1758  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1759  * page in a pageblock.
1760  */
1761 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1762                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1763 {
1764         struct page *start_page;
1765         struct page *end_page;
1766
1767         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1768         end_pfn--;
1769
1770         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1771                 return NULL;
1772
1773         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1774         if (!start_page)
1775                 return NULL;
1776
1777         if (page_zone(start_page) != zone)
1778                 return NULL;
1779
1780         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1781
1782         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1783         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1784                 return NULL;
1785
1786         return start_page;
1787 }
1788
1789 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1790 {
1791         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1792         unsigned long block_end_pfn;
1793
1794         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1795         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1796                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1797                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1798
1799                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1800
1801                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1802                                              block_end_pfn, zone))
1803                         return;
1804                 cond_resched();
1805         }
1806
1807         /* We confirm that there is no hole */
1808         zone->contiguous = true;
1809 }
1810
1811 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1812 {
1813         zone->contiguous = false;
1814 }
1815
1816 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1817 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1818                                        unsigned long nr_pages)
1819 {
1820         struct page *page;
1821         unsigned long i;
1822
1823         if (!nr_pages)
1824                 return;
1825
1826         page = pfn_to_page(pfn);
1827
1828         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1829         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1830             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1831                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1832                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1833                 return;
1834         }
1835
1836         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1837                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1838                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1839                 __free_pages_core(page, 0);
1840         }
1841 }
1842
1843 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1844 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1845 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1846
1847 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1848 {
1849         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1850                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1851 }
1852
1853 /*
1854  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1855  *
1856  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1857  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1858  * function is optimized out.
1859  *
1860  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1861  * of the head pfn.
1862  */
1863 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1864 {
1865         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1866                 return false;
1867         return true;
1868 }
1869
1870 /*
1871  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1872  * pageblock_nr_pages sizes.
1873  */
1874 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1875                                        unsigned long end_pfn)
1876 {
1877         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1878         unsigned long nr_free = 0;
1879
1880         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1881                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1882                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1883                         nr_free = 0;
1884                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1885                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1886                         nr_free = 1;
1887                 } else {
1888                         nr_free++;
1889                 }
1890         }
1891         /* Free the last block of pages to allocator */
1892         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1893 }
1894
1895 /*
1896  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1897  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1898  * Return number of pages initialized.
1899  */
1900 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1901                                                  unsigned long pfn,
1902                                                  unsigned long end_pfn)
1903 {
1904         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1905         int nid = zone_to_nid(zone);
1906         unsigned long nr_pages = 0;
1907         int zid = zone_idx(zone);
1908         struct page *page = NULL;
1909
1910         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1911                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1912                         page = NULL;
1913                         continue;
1914                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1915                         page = pfn_to_page(pfn);
1916                 } else {
1917                         page++;
1918                 }
1919                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1920                 nr_pages++;
1921         }
1922         return (nr_pages);
1923 }
1924
1925 /*
1926  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1927  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1928  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1929  * return false indicating there are no valid ranges left.
1930  */
1931 static bool __init
1932 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1933                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1934                                     unsigned long first_init_pfn)
1935 {
1936         u64 j;
1937
1938         /*
1939          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1940          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1941          * so we just need to flush them out of the system.
1942          */
1943         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1944                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1945                         continue;
1946                 if (*spfn < first_init_pfn)
1947                         *spfn = first_init_pfn;
1948                 *i = j;
1949                 return true;
1950         }
1951
1952         return false;
1953 }
1954
1955 /*
1956  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1957  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1958  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1959  * page in __free_one_page()).
1960  *
1961  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1962  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1963  * any issues with the buddy page computation.
1964  */
1965 static unsigned long __init
1966 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1967                        unsigned long *end_pfn)
1968 {
1969         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1970         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1971         unsigned long nr_pages = 0;
1972         u64 j = *i;
1973
1974         /* First we loop through and initialize the page values */
1975         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1976                 unsigned long t;
1977
1978                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1979                         break;
1980
1981                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1982                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1983
1984                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1985                         *start_pfn = mo_pfn;
1986                         break;
1987                 }
1988         }
1989
1990         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1991         swap(j, *i);
1992
1993         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1994                 unsigned long t;
1995
1996                 if (mo_pfn <= spfn)
1997                         break;
1998
1999                 t = min(mo_pfn, epfn);
2000                 deferred_free_pages(spfn, t);
2001
2002                 if (mo_pfn <= epfn)
2003                         break;
2004         }
2005
2006         return nr_pages;
2007 }
2008
2009 static void __init
2010 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2011                            void *arg)
2012 {
2013         unsigned long spfn, epfn;
2014         struct zone *zone = arg;
2015         u64 i;
2016
2017         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
2018
2019         /*
2020          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
2021          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
2022          */
2023         while (spfn < end_pfn) {
2024                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2025                 cond_resched();
2026         }
2027 }
2028
2029 /* An arch may override for more concurrency. */
2030 __weak int __init
2031 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2032 {
2033         return 1;
2034 }
2035
2036 /* Initialise remaining memory on a node */
2037 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2038 {
2039         pg_data_t *pgdat = data;
2040         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2041         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2042         unsigned long first_init_pfn, flags;
2043         unsigned long start = jiffies;
2044         struct zone *zone;
2045         int zid, max_threads;
2046         u64 i;
2047
2048         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2049         if (!cpumask_empty(cpumask))
2050                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2051
2052         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2053         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2054         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2055                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2056                 pgdat_init_report_one_done();
2057                 return 0;
2058         }
2059
2060         /* Sanity check boundaries */
2061         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2062         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2063         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2064
2065         /*
2066          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2067          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2068          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2069          */
2070         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2071
2072         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2073         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2074                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2075                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2076                         break;
2077         }
2078
2079         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2080         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2081                                                  first_init_pfn))
2082                 goto zone_empty;
2083
2084         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2085
2086         while (spfn < epfn) {
2087                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2088                 struct padata_mt_job job = {
2089                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2090                         .fn_arg      = zone,
2091                         .start       = spfn,
2092                         .size        = epfn_align - spfn,
2093                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2094                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2095                         .max_threads = max_threads,
2096                 };
2097
2098                 padata_do_multithreaded(&job);
2099                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2100                                                     epfn_align);
2101         }
2102 zone_empty:
2103         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2104         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2105
2106         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2107                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2108
2109         pgdat_init_report_one_done();
2110         return 0;
2111 }
2112
2113 /*
2114  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2115  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2116  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2117  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2118  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2119  *
2120  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2121  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2122  * enough pages to satisfy the allocation.
2123  *
2124  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2125  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2126  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2127  */
2128 static noinline bool __init
2129 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2130 {
2131         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2132         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2133         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2134         unsigned long spfn, epfn, flags;
2135         unsigned long nr_pages = 0;
2136         u64 i;
2137
2138         /* Only the last zone may have deferred pages */
2139         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2140                 return false;
2141
2142         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2143
2144         /*
2145          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2146          * true, as there might be enough pages already.
2147          */
2148         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2149                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2150                 return true;
2151         }
2152
2153         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2154         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2155                                                  first_deferred_pfn)) {
2156                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2157                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2158                 /* Retry only once. */
2159                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2160         }
2161
2162         /*
2163          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2164          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2165          * allocator.
2166          */
2167         while (spfn < epfn) {
2168                 /* update our first deferred PFN for this section */
2169                 first_deferred_pfn = spfn;
2170
2171                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2172                 touch_nmi_watchdog();
2173
2174                 /* We should only stop along section boundaries */
2175                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2176                         continue;
2177
2178                 /* If our quota has been met we can stop here */
2179                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2180                         break;
2181         }
2182
2183         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2184         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2185
2186         return nr_pages > 0;
2187 }
2188
2189 /*
2190  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2191  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2192  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2193  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2194  */
2195 static bool __ref
2196 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2197 {
2198         return deferred_grow_zone(zone, order);
2199 }
2200
2201 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2202
2203 void __init page_alloc_init_late(void)
2204 {
2205         struct zone *zone;
2206         int nid;
2207
2208 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2209
2210         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2211         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2212         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2213                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2214         }
2215
2216         /* Block until all are initialised */
2217         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2218
2219         /*
2220          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2221          * on-demand struct page initialization.
2222          */
2223         static_branch_disable(&deferred_pages);
2224
2225         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2226         files_maxfiles_init();
2227 #endif
2228
2229         buffer_init();
2230
2231         /* Discard memblock private memory */
2232         memblock_discard();
2233
2234         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2235                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2236
2237         for_each_populated_zone(zone)
2238                 set_zone_contiguous(zone);
2239 }
2240
2241 #ifdef CONFIG_CMA
2242 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2243 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2244 {
2245         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2246         struct page *p = page;
2247
2248         do {
2249                 __ClearPageReserved(p);
2250                 set_page_count(p, 0);
2251         } while (++p, --i);
2252
2253         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2254
2255         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2256                 i = pageblock_nr_pages;
2257                 p = page;
2258                 do {
2259                         set_page_refcounted(p);
2260                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2261                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2262                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2263         } else {
2264                 set_page_refcounted(page);
2265                 __free_pages(page, pageblock_order);
2266         }
2267
2268         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2269         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2270 }
2271 #endif
2272
2273 /*
2274  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2275  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2276  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2277  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2278  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2279  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2280  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2281  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2282  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2283  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2284  *
2285  * -- nyc
2286  */
2287 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2288         int low, int high, int migratetype)
2289 {
2290         unsigned long size = 1 << high;
2291
2292         while (high > low) {
2293                 high--;
2294                 size >>= 1;
2295                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2296
2297                 /*
2298                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2299                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2300                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2301                  * pages will stay not present in virtual address space
2302                  */
2303                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2304                         continue;
2305
2306                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2307                 set_buddy_order(&page[size], high);
2308         }
2309 }
2310
2311 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2312 {
2313         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2314                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2315                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2316                 return;
2317         }
2318
2319         bad_page(page,
2320                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2321 }
2322
2323 /*
2324  * This page is about to be returned from the page allocator
2325  */
2326 static inline int check_new_page(struct page *page)
2327 {
2328         if (likely(page_expected_state(page,
2329                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2330                 return 0;
2331
2332         check_new_page_bad(page);
2333         return 1;
2334 }
2335
2336 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2337 /*
2338  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2339  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2340  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2341  */
2342 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2343 {
2344         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2345                 return check_new_page(page);
2346         else
2347                 return false;
2348 }
2349
2350 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2351 {
2352         return check_new_page(page);
2353 }
2354 #else
2355 /*
2356  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2357  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2358  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2359  */
2360 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2361 {
2362         return check_new_page(page);
2363 }
2364 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2365 {
2366         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2367                 return check_new_page(page);
2368         else
2369                 return false;
2370 }
2371 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2372
2373 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2374 {
2375         int i;
2376         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2377                 struct page *p = page + i;
2378
2379                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2380                         return true;
2381         }
2382
2383         return false;
2384 }
2385
2386 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2387                                 gfp_t gfp_flags)
2388 {
2389         set_page_private(page, 0);
2390         set_page_refcounted(page);
2391
2392         arch_alloc_page(page, order);
2393         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2394
2395         /*
2396          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2397          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2398          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2399          */
2400         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2401
2402         /*
2403          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2404          * kasan_alloc_pages and kernel_init_free_pages must be
2405          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2406          */
2407         if (kasan_has_integrated_init()) {
2408                 kasan_alloc_pages(page, order, gfp_flags);
2409         } else {
2410                 bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags);
2411
2412                 kasan_unpoison_pages(page, order, init);
2413                 if (init)
2414                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order,
2415                                                gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
2416         }
2417
2418         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2419 }
2420
2421 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2422                                                         unsigned int alloc_flags)
2423 {
2424         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2425
2426         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2427                 prep_compound_page(page, order);
2428
2429         /*
2430          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2431          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2432          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2433          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2434          */
2435         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2436                 set_page_pfmemalloc(page);
2437         else
2438                 clear_page_pfmemalloc(page);
2439 }
2440
2441 /*
2442  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2443  * the smallest available page from the freelists
2444  */
2445 static __always_inline
2446 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2447                                                 int migratetype)
2448 {
2449         unsigned int current_order;
2450         struct free_area *area;
2451         struct page *page;
2452
2453         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2454         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2455                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2456                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2457                 if (!page)
2458                         continue;
2459                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2460                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2461                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2462                 return page;
2463         }
2464
2465         return NULL;
2466 }
2467
2468
2469 /*
2470  * This array describes the order lists are fallen back to when
2471  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2472  */
2473 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2474         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2475         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2476         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2477 #ifdef CONFIG_CMA
2478         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2479 #endif
2480 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2481         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2482 #endif
2483 };
2484
2485 #ifdef CONFIG_CMA
2486 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2487                                         unsigned int order)
2488 {
2489         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2490 }
2491 #else
2492 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2493                                         unsigned int order) { return NULL; }
2494 #endif
2495
2496 /*
2497  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2498  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2499  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2500  */
2501 static int move_freepages(struct zone *zone,
2502                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2503                           int migratetype, int *num_movable)
2504 {
2505         struct page *page;
2506         unsigned long pfn;
2507         unsigned int order;
2508         int pages_moved = 0;
2509
2510         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2511                 page = pfn_to_page(pfn);
2512                 if (!PageBuddy(page)) {
2513                         /*
2514                          * We assume that pages that could be isolated for
2515                          * migration are movable. But we don't actually try
2516                          * isolating, as that would be expensive.
2517                          */
2518                         if (num_movable &&
2519                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2520                                 (*num_movable)++;
2521                         pfn++;
2522                         continue;
2523                 }
2524
2525                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2526                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2527                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2528
2529                 order = buddy_order(page);
2530                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2531                 pfn += 1 << order;
2532                 pages_moved += 1 << order;
2533         }
2534
2535         return pages_moved;
2536 }
2537
2538 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2539                                 int migratetype, int *num_movable)
2540 {
2541         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2542
2543         if (num_movable)
2544                 *num_movable = 0;
2545
2546         pfn = page_to_pfn(page);
2547         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2548         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2549
2550         /* Do not cross zone boundaries */
2551         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2552                 start_pfn = pfn;
2553         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2554                 return 0;
2555
2556         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2557                                                                 num_movable);
2558 }
2559
2560 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2561                                         int start_order, int migratetype)
2562 {
2563         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2564
2565         while (nr_pageblocks--) {
2566                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2567                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2568         }
2569 }
2570
2571 /*
2572  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2573  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2574  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2575  *
2576  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2577  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2578  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2579  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2580  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2581  * pageblocks.
2582  */
2583 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2584 {
2585         /*
2586          * Leaving this order check is intended, although there is
2587          * relaxed order check in next check. The reason is that
2588          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2589          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2590          * so could be changed anytime.
2591          */
2592         if (order >= pageblock_order)
2593                 return true;
2594
2595         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2596                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2597                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2598                 page_group_by_mobility_disabled)
2599                 return true;
2600
2601         return false;
2602 }
2603
2604 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2605 {
2606         unsigned long max_boost;
2607
2608         if (!watermark_boost_factor)
2609                 return false;
2610         /*
2611          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2612          * On small machines, including kdump capture kernels running
2613          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2614          * memory situation immediately.
2615          */
2616         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2617                 return false;
2618
2619         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2620                         watermark_boost_factor, 10000);
2621
2622         /*
2623          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2624          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2625          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2626          * allocations that early means that reclaim is not going
2627          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2628          * boosted watermark resulting in a hang.
2629          */
2630         if (!max_boost)
2631                 return false;
2632
2633         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2634
2635         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2636                 max_boost);
2637
2638         return true;
2639 }
2640
2641 /*
2642  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2643  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2644  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2645  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2646  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2647  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2648  */
2649 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2650                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2651 {
2652         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2653         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2654         int old_block_type;
2655
2656         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2657
2658         /*
2659          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2660          * highatomic accounting.
2661          */
2662         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2663                 goto single_page;
2664
2665         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2666         if (current_order >= pageblock_order) {
2667                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2668                 goto single_page;
2669         }
2670
2671         /*
2672          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2673          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2674          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2675          */
2676         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2677                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2678
2679         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2680         if (!whole_block)
2681                 goto single_page;
2682
2683         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2684                                                 &movable_pages);
2685         /*
2686          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2687          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2688          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2689          */
2690         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2691                 alike_pages = movable_pages;
2692         } else {
2693                 /*
2694                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2695                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2696                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2697                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2698                  * exact migratetype of non-movable pages.
2699                  */
2700                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2701                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2702                                                 - (free_pages + movable_pages);
2703                 else
2704                         alike_pages = 0;
2705         }
2706
2707         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2708         if (!free_pages)
2709                 goto single_page;
2710
2711         /*
2712          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2713          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2714          */
2715         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2716                         page_group_by_mobility_disabled)
2717                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2718
2719         return;
2720
2721 single_page:
2722         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2723 }
2724
2725 /*
2726  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2727  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2728  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2729  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2730  */
2731 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2732                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2733 {
2734         int i;
2735         int fallback_mt;
2736
2737         if (area->nr_free == 0)
2738                 return -1;
2739
2740         *can_steal = false;
2741         for (i = 0;; i++) {
2742                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2743                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2744                         break;
2745
2746                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2747                         continue;
2748
2749                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2750                         *can_steal = true;
2751
2752                 if (!only_stealable)
2753                         return fallback_mt;
2754
2755                 if (*can_steal)
2756                         return fallback_mt;
2757         }
2758
2759         return -1;
2760 }
2761
2762 /*
2763  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2764  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2765  */
2766 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2767                                 unsigned int alloc_order)
2768 {
2769         int mt;
2770         unsigned long max_managed, flags;
2771
2772         /*
2773          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2774          * Check is race-prone but harmless.
2775          */
2776         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2777         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2778                 return;
2779
2780         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2781
2782         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2783         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2784                 goto out_unlock;
2785
2786         /* Yoink! */
2787         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2788         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2789             && !is_migrate_cma(mt)) {
2790                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2791                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2792                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2793         }
2794
2795 out_unlock:
2796         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2797 }
2798
2799 /*
2800  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2801  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2802  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2803  * to recover from than an OOM.
2804  *
2805  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2806  * pageblock is exhausted.
2807  */
2808 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2809                                                 bool force)
2810 {
2811         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2812         unsigned long flags;
2813         struct zoneref *z;
2814         struct zone *zone;
2815         struct page *page;
2816         int order;
2817         bool ret;
2818
2819         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2820                                                                 ac->nodemask) {
2821                 /*
2822                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2823                  * is really high.
2824                  */
2825                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2826                                         pageblock_nr_pages)
2827                         continue;
2828
2829                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2830                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2831                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2832
2833                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2834                         if (!page)
2835                                 continue;
2836
2837                         /*
2838                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2839                          * we can counter several free pages in a pageblock
2840                          * in this loop although we changed the pageblock type
2841                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2842                          * adjust the count once.
2843                          */
2844                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2845                                 /*
2846                                  * It should never happen but changes to
2847                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2848                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2849                                  * while unreserving so be safe and watch for
2850                                  * underflows.
2851                                  */
2852                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2853                                                 pageblock_nr_pages,
2854                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2855                         }
2856
2857                         /*
2858                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2859                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2860                          * is doing the work and needs the pages. More
2861                          * importantly, if the block was always converted to
2862                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2863                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2864                          * may increase.
2865                          */
2866                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2867                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2868                                                                         NULL);
2869                         if (ret) {
2870                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2871                                 return ret;
2872                         }
2873                 }
2874                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2875         }
2876
2877         return false;
2878 }
2879
2880 /*
2881  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2882  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2883  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2884  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2885  *
2886  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2887  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2888  * condition simpler.
2889  */
2890 static __always_inline bool
2891 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2892                                                 unsigned int alloc_flags)
2893 {
2894         struct free_area *area;
2895         int current_order;
2896         int min_order = order;
2897         struct page *page;
2898         int fallback_mt;
2899         bool can_steal;
2900
2901         /*
2902          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2903          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2904          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2905          */
2906         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2907                 min_order = pageblock_order;
2908
2909         /*
2910          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2911          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2912          * would be too costly to do exactly.
2913          */
2914         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2915                                 --current_order) {
2916                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2917                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2918                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2919                 if (fallback_mt == -1)
2920                         continue;
2921
2922                 /*
2923                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2924                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2925                  * steal and split the smallest available page instead of the
2926                  * largest available page, because even if the next movable
2927                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2928                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2929                  */
2930                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2931                                         && current_order > order)
2932                         goto find_smallest;
2933
2934                 goto do_steal;
2935         }
2936
2937         return false;
2938
2939 find_smallest:
2940         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2941                                                         current_order++) {
2942                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2943                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2944                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2945                 if (fallback_mt != -1)
2946                         break;
2947         }
2948
2949         /*
2950          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2951          * when looking for the largest page.
2952          */
2953         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2954
2955 do_steal:
2956         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2957
2958         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2959                                                                 can_steal);
2960
2961         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2962                 start_migratetype, fallback_mt);
2963
2964         return true;
2965
2966 }
2967
2968 /*
2969  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2970  * Call me with the zone->lock already held.
2971  */
2972 static __always_inline struct page *
2973 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2974                                                 unsigned int alloc_flags)
2975 {
2976         struct page *page;
2977
2978         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2979                 /*
2980                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2981                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2982                  * is in the CMA area.
2983                  */
2984                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2985                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2986                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2987                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2988                         if (page)
2989                                 goto out;
2990                 }
2991         }
2992 retry:
2993         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2994         if (unlikely(!page)) {
2995                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2996                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2997
2998                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2999                                                                 alloc_flags))
3000                         goto retry;
3001         }
3002 out:
3003         if (page)
3004                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3005         return page;
3006 }
3007
3008 /*
3009  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
3010  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
3011  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
3012  */
3013 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
3014                         unsigned long count, struct list_head *list,
3015                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3016 {
3017         int i, allocated = 0;
3018
3019         /*
3020          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
3021          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
3022          */
3023         spin_lock(&zone->lock);
3024         for (i = 0; i < count; ++i) {
3025                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
3026                                                                 alloc_flags);
3027                 if (unlikely(page == NULL))
3028                         break;
3029
3030                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
3031                         continue;
3032
3033                 /*
3034                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
3035                  * physical page order. The page is added to the tail of
3036                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
3037                  * is ordered by page number under some conditions. This is
3038                  * useful for IO devices that can forward direction from the
3039                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
3040                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
3041                  * pages are ordered properly.
3042                  */
3043                 list_add_tail(&page->lru, list);
3044                 allocated++;
3045                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3046                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3047                                               -(1 << order));
3048         }
3049
3050         /*
3051          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3052          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3053          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3054          * pages added to the pcp list.
3055          */
3056         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3057         spin_unlock(&zone->lock);
3058         return allocated;
3059 }
3060
3061 #ifdef CONFIG_NUMA
3062 /*
3063  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3064  * currently executing processor on remote nodes after they have
3065  * expired.
3066  *
3067  * Note that this function must be called with the thread pinned to
3068  * a single processor.
3069  */
3070 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3071 {
3072         unsigned long flags;
3073         int to_drain, batch;
3074
3075         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3076         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3077         to_drain = min(pcp->count, batch);
3078         if (to_drain > 0)
3079                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
3080         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3081 }
3082 #endif
3083
3084 /*
3085  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3086  *
3087  * The processor must either be the current processor and the
3088  * thread pinned to the current processor or a processor that
3089  * is not online.
3090  */
3091 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3092 {
3093         unsigned long flags;
3094         struct per_cpu_pages *pcp;
3095
3096         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3097
3098         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3099         if (pcp->count)
3100                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
3101
3102         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3103 }
3104
3105 /*
3106  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3107  *
3108  * The processor must either be the current processor and the
3109  * thread pinned to the current processor or a processor that
3110  * is not online.
3111  */
3112 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3113 {
3114         struct zone *zone;
3115
3116         for_each_populated_zone(zone) {
3117                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3118         }
3119 }
3120
3121 /*
3122  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3123  *
3124  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3125  * the single zone's pages.
3126  */
3127 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3128 {
3129         int cpu = smp_processor_id();
3130
3131         if (zone)
3132                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3133         else
3134                 drain_pages(cpu);
3135 }
3136
3137 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3138 {
3139         struct pcpu_drain *drain;
3140
3141         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3142
3143         /*
3144          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3145          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3146          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3147          * cpu which is alright but we also have to make sure to not move to
3148          * a different one.
3149          */
3150         preempt_disable();
3151         drain_local_pages(drain->zone);
3152         preempt_enable();
3153 }
3154
3155 /*
3156  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3157  * drain on all cpus.
3158  *
3159  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3160  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3161  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3162  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3163  * optimizing racy check.
3164  */
3165 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3166 {
3167         int cpu;
3168
3169         /*
3170          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
3171          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3172          */
3173         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3174
3175         /*
3176          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3177          * initialized.
3178          */
3179         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3180                 return;
3181
3182         /*
3183          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3184          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3185          * the drain to be complete when the call returns.
3186          */
3187         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3188                 if (!zone)
3189                         return;
3190                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3191         }
3192
3193         /*
3194          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3195          * as offline notification will cause the notified
3196          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3197          * disables preemption as part of its processing
3198          */
3199         for_each_online_cpu(cpu) {
3200                 struct per_cpu_pages *pcp;
3201                 struct zone *z;
3202                 bool has_pcps = false;
3203
3204                 if (force_all_cpus) {
3205                         /*
3206                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3207                          * guarantee that no cpu is missed.
3208                          */
3209                         has_pcps = true;
3210                 } else if (zone) {
3211                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3212                         if (pcp->count)
3213                                 has_pcps = true;
3214                 } else {
3215                         for_each_populated_zone(z) {
3216                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3217                                 if (pcp->count) {
3218                                         has_pcps = true;
3219                                         break;
3220                                 }
3221                         }
3222                 }
3223
3224                 if (has_pcps)
3225                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3226                 else
3227                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3228         }
3229
3230         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3231                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3232
3233                 drain->zone = zone;
3234                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3235                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3236         }
3237         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3238                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3239
3240         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3241 }
3242
3243 /*
3244  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3245  *
3246  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3247  *
3248  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3249  */
3250 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3251 {
3252         __drain_all_pages(zone, false);
3253 }
3254
3255 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3256
3257 /*
3258  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3259  */
3260 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3261
3262 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3263 {
3264         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3265         unsigned long flags;
3266         unsigned int order, t;
3267         struct page *page;
3268
3269         if (zone_is_empty(zone))
3270                 return;
3271
3272         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3273
3274         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3275         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3276                 if (pfn_valid(pfn)) {
3277                         page = pfn_to_page(pfn);
3278
3279                         if (!--page_count) {
3280                                 touch_nmi_watchdog();
3281                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3282                         }
3283
3284                         if (page_zone(page) != zone)
3285                                 continue;
3286
3287                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3288                                 swsusp_unset_page_free(page);
3289                 }
3290
3291         for_each_migratetype_order(order, t) {
3292                 list_for_each_entry(page,
3293                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3294                         unsigned long i;
3295
3296                         pfn = page_to_pfn(page);
3297                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3298                                 if (!--page_count) {
3299                                         touch_nmi_watchdog();
3300                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3301                                 }
3302                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3303                         }
3304                 }
3305         }
3306         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3307 }
3308 #endif /* CONFIG_PM */
3309
3310 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3311                                                         unsigned int order)
3312 {
3313         int migratetype;
3314
3315         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3316                 return false;
3317
3318         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3319         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3320         return true;
3321 }
3322
3323 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch)
3324 {
3325         int min_nr_free, max_nr_free;
3326
3327         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3328         if (unlikely(high < batch))
3329                 return 1;
3330
3331         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3332         min_nr_free = batch;
3333         max_nr_free = high - batch;
3334
3335         /*
3336          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3337          * freeing of pages without any allocation.
3338          */
3339         batch <<= pcp->free_factor;
3340         if (batch < max_nr_free)
3341                 pcp->free_factor++;
3342         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3343
3344         return batch;
3345 }
3346
3347 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone)
3348 {
3349         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3350
3351         if (unlikely(!high))
3352                 return 0;
3353
3354         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3355                 return high;
3356
3357         /*
3358          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3359          * stored on pcp lists
3360          */
3361         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3362 }
3363
3364 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn,
3365                                    int migratetype, unsigned int order)
3366 {
3367         struct zone *zone = page_zone(page);
3368         struct per_cpu_pages *pcp;
3369         int high;
3370         int pindex;
3371
3372         __count_vm_event(PGFREE);
3373         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3374         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3375         list_add(&page->lru, &pcp->lists[pindex]);
3376         pcp->count += 1 << order;
3377         high = nr_pcp_high(pcp, zone);
3378         if (pcp->count >= high) {
3379                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3380
3381                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch), pcp);
3382         }
3383 }
3384
3385 /*
3386  * Free a pcp page
3387  */
3388 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3389 {
3390         unsigned long flags;
3391         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3392         int migratetype;
3393
3394         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3395                 return;
3396
3397         /*
3398          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3399          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3400          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3401          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3402          * excessively into the page allocator
3403          */
3404         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3405         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3406                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3407                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3408                         return;
3409                 }
3410                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3411         }
3412
3413         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3414         free_unref_page_commit(page, pfn, migratetype, order);
3415         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3416 }
3417
3418 /*
3419  * Free a list of 0-order pages
3420  */
3421 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3422 {
3423         struct page *page, *next;
3424         unsigned long flags, pfn;
3425         int batch_count = 0;
3426         int migratetype;
3427
3428         /* Prepare pages for freeing */
3429         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3430                 pfn = page_to_pfn(page);
3431                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
3432                         list_del(&page->lru);
3433                         continue;
3434                 }
3435
3436                 /*
3437                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3438                  * comment in free_unref_page.
3439                  */
3440                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3441                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3442                         list_del(&page->lru);
3443                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
3444                         continue;
3445                 }
3446
3447                 set_page_private(page, pfn);
3448         }
3449
3450         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3451         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3452                 pfn = page_private(page);
3453                 set_page_private(page, 0);
3454
3455                 /*
3456                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3457                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3458                  */
3459                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3460                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
3461                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3462
3463                 trace_mm_page_free_batched(page);
3464                 free_unref_page_commit(page, pfn, migratetype, 0);
3465
3466                 /*
3467                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3468                  * a large list of pages to free.
3469                  */
3470                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3471                         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3472                         batch_count = 0;
3473                         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3474                 }
3475         }
3476         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3477 }
3478
3479 /*
3480  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3481  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3482  * Each sub-page must be freed individually.
3483  *
3484  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3485  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3486  */
3487 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3488 {
3489         int i;
3490
3491         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3492         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3493
3494         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3495                 set_page_refcounted(page + i);
3496         split_page_owner(page, 1 << order);
3497         split_page_memcg(page, 1 << order);
3498 }
3499 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3500
3501 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3502 {
3503         unsigned long watermark;
3504         struct zone *zone;
3505         int mt;
3506
3507         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3508
3509         zone = page_zone(page);
3510         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3511
3512         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3513                 /*
3514                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3515                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3516                  * watermark, because we already know our high-order page
3517                  * exists.
3518                  */
3519                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3520                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3521                         return 0;
3522
3523                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3524         }
3525
3526         /* Remove page from free list */
3527
3528         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3529
3530         /*
3531          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3532          * pageblock
3533          */
3534         if (order >= pageblock_order - 1) {
3535                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3536                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3537                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3538                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3539                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3540                                 set_pageblock_migratetype(page,
3541                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3542                 }
3543         }
3544
3545
3546         return 1UL << order;
3547 }
3548
3549 /**
3550  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3551  * @page: Page that was isolated
3552  * @order: Order of the isolated page
3553  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3554  *
3555  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3556  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3557  */
3558 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3559 {
3560         struct zone *zone = page_zone(page);
3561
3562         /* zone lock should be held when this function is called */
3563         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3564
3565         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3566         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3567                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3568 }
3569
3570 /*
3571  * Update NUMA hit/miss statistics
3572  *
3573  * Must be called with interrupts disabled.
3574  */
3575 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3576                                    long nr_account)
3577 {
3578 #ifdef CONFIG_NUMA
3579         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3580
3581         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3582         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3583                 return;
3584
3585         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3586                 local_stat = NUMA_OTHER;
3587
3588         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3589                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3590         else {
3591                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3592                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3593         }
3594         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3595 #endif
3596 }
3597
3598 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3599 static inline
3600 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3601                         int migratetype,
3602                         unsigned int alloc_flags,
3603                         struct per_cpu_pages *pcp,
3604                         struct list_head *list)
3605 {
3606         struct page *page;
3607
3608         do {
3609                 if (list_empty(list)) {
3610                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3611                         int alloced;
3612
3613                         /*
3614                          * Scale batch relative to order if batch implies
3615                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3616                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3617                          * should never store free pages as the pages may
3618                          * belong to arbitrary zones.
3619                          */
3620                         if (batch > 1)
3621                                 batch = max(batch >> order, 2);
3622                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3623                                         batch, list,
3624                                         migratetype, alloc_flags);
3625
3626                         pcp->count += alloced << order;
3627                         if (unlikely(list_empty(list)))
3628                                 return NULL;
3629                 }
3630
3631                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3632                 list_del(&page->lru);
3633                 pcp->count -= 1 << order;
3634         } while (check_new_pcp(page));
3635
3636         return page;
3637 }
3638
3639 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3640 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3641                         struct zone *zone, unsigned int order,
3642                         gfp_t gfp_flags, int migratetype,
3643                         unsigned int alloc_flags)
3644 {
3645         struct per_cpu_pages *pcp;
3646         struct list_head *list;
3647         struct page *page;
3648         unsigned long flags;
3649
3650         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3651
3652         /*
3653          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3654          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3655          * frees.
3656          */
3657         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3658         pcp->free_factor >>= 1;
3659         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3660         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3661         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3662         if (page) {
3663                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3664                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3665         }
3666         return page;
3667 }
3668
3669 /*
3670  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3671  */
3672 static inline
3673 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3674                         struct zone *zone, unsigned int order,
3675                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3676                         int migratetype)
3677 {
3678         unsigned long flags;
3679         struct page *page;
3680
3681         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3682                 /*
3683                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3684                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3685                  */
3686                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3687                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3688                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3689                                         gfp_flags, migratetype, alloc_flags);
3690                         goto out;
3691                 }
3692         }
3693
3694         /*
3695          * We most definitely don't want callers attempting to
3696          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3697          */
3698         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3699         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3700
3701         do {
3702                 page = NULL;
3703                 /*
3704                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3705                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3706                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3707                  * request should skip it.
3708                  */
3709                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3710                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3711                         if (page)
3712                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3713                 }
3714                 if (!page)
3715                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3716         } while (page && check_new_pages(page, order));
3717         if (!page)
3718                 goto failed;
3719
3720         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3721                                   get_pcppage_migratetype(page));
3722         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3723
3724         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3725         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3726
3727 out:
3728         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3729         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3730                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3731                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3732         }
3733
3734         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3735         return page;
3736
3737 failed:
3738         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3739         return NULL;
3740 }
3741
3742 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3743
3744 static struct {
3745         struct fault_attr attr;
3746
3747         bool ignore_gfp_highmem;
3748         bool ignore_gfp_reclaim;
3749         u32 min_order;
3750 } fail_page_alloc = {
3751         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3752         .ignore_gfp_reclaim = true,
3753         .ignore_gfp_highmem = true,
3754         .min_order = 1,
3755 };
3756
3757 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3758 {
3759         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3760 }
3761 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3762
3763 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3764 {
3765         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3766                 return false;
3767         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3768                 return false;
3769         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3770                 return false;
3771         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3772                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3773                 return false;
3774
3775         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3776 }
3777
3778 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3779
3780 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3781 {
3782         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3783         struct dentry *dir;
3784
3785         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3786                                         &fail_page_alloc.attr);
3787
3788         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3789                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3790         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3791                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3792         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3793
3794         return 0;
3795 }
3796
3797 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3798
3799 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3800
3801 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3802
3803 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3804 {
3805         return false;
3806 }
3807
3808 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3809
3810 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3811 {
3812         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3813 }
3814 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3815
3816 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3817                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3818 {
3819         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3820         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3821
3822         /*
3823          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3824          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3825          * atomic reserve but it avoids a search.
3826          */
3827         if (likely(!alloc_harder))
3828                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3829
3830 #ifdef CONFIG_CMA
3831         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3832         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3833                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3834 #endif
3835
3836         return unusable_free;
3837 }
3838
3839 /*
3840  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3841  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3842  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3843  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3844  */
3845 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3846                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3847                          long free_pages)
3848 {
3849         long min = mark;
3850         int o;
3851         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3852
3853         /* free_pages may go negative - that's OK */
3854         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3855
3856         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3857                 min -= min / 2;
3858
3859         if (unlikely(alloc_harder)) {
3860                 /*
3861                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3862                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3863                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3864                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3865                  */
3866                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3867                         min -= min / 2;
3868                 else
3869                         min -= min / 4;
3870         }
3871
3872         /*
3873          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3874          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3875          * even if a suitable page happened to be free.
3876          */
3877         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3878                 return false;
3879
3880         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3881         if (!order)
3882                 return true;
3883
3884         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3885         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3886                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3887                 int mt;
3888
3889                 if (!area->nr_free)
3890                         continue;
3891
3892                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3893                         if (!free_area_empty(area, mt))
3894                                 return true;
3895                 }
3896
3897 #ifdef CONFIG_CMA
3898                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3899                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3900                         return true;
3901                 }
3902 #endif
3903                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3904                         return true;
3905         }
3906         return false;
3907 }
3908
3909 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3910                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3911 {
3912         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3913                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3914 }
3915
3916 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3917                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3918                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3919 {
3920         long free_pages;
3921
3922         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3923
3924         /*
3925          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3926          * need to be calculated.
3927          */
3928         if (!order) {
3929                 long fast_free;
3930
3931                 fast_free = free_pages;
3932                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3933                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3934                         return true;
3935         }
3936
3937         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3938                                         free_pages))
3939                 return true;
3940         /*
3941          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3942          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3943          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3944          * when below the low watermark.
3945          */
3946         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3947                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3948                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3949                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3950                                         alloc_flags, free_pages);
3951         }
3952
3953         return false;
3954 }
3955
3956 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3957                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3958 {
3959         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3960
3961         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3962                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3963
3964         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3965                                                                 free_pages);
3966 }
3967
3968 #ifdef CONFIG_NUMA
3969 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3970 {
3971         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3972                                 node_reclaim_distance;
3973 }
3974 #else   /* CONFIG_NUMA */
3975 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3976 {
3977         return true;
3978 }
3979 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3980
3981 /*
3982  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3983  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3984  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3985  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3986  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3987  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3988  */
3989 static inline unsigned int
3990 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3991 {
3992         unsigned int alloc_flags;
3993
3994         /*
3995          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3996          * to save a branch.
3997          */
3998         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3999
4000 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
4001         if (!zone)
4002                 return alloc_flags;
4003
4004         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
4005                 return alloc_flags;
4006
4007         /*
4008          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
4009          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
4010          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
4011          */
4012         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
4013         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
4014                 return alloc_flags;
4015
4016         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
4017 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
4018         return alloc_flags;
4019 }
4020
4021 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
4022 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
4023                                                   unsigned int alloc_flags)
4024 {
4025 #ifdef CONFIG_CMA
4026         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4027                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4028 #endif
4029         return alloc_flags;
4030 }
4031
4032 /*
4033  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4034  * a page.
4035  */
4036 static struct page *
4037 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4038                                                 const struct alloc_context *ac)
4039 {
4040         struct zoneref *z;
4041         struct zone *zone;
4042         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
4043         bool no_fallback;
4044
4045 retry:
4046         /*
4047          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4048          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
4049          */
4050         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4051         z = ac->preferred_zoneref;
4052         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4053                                         ac->nodemask) {
4054                 struct page *page;
4055                 unsigned long mark;
4056
4057                 if (cpusets_enabled() &&
4058                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4059                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4060                                 continue;
4061                 /*
4062                  * When allocating a page cache page for writing, we
4063                  * want to get it from a node that is within its dirty
4064                  * limit, such that no single node holds more than its
4065                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4066                  * The dirty limits take into account the node's
4067                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4068                  * should be able to balance it without having to
4069                  * write pages from its LRU list.
4070                  *
4071                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4072                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4073                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4074                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4075                  * nodes are together not big enough to reach the
4076                  * global limit.  The proper fix for these situations
4077                  * will require awareness of nodes in the
4078                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4079                  */
4080                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4081                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
4082                                 continue;
4083
4084                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
4085                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
4086                                 continue;
4087                         }
4088                 }
4089
4090                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4091                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4092                         int local_nid;
4093
4094                         /*
4095                          * If moving to a remote node, retry but allow
4096                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4097                          * than fragmentation avoidance.
4098                          */
4099                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4100                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4101                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4102                                 goto retry;
4103                         }
4104                 }
4105
4106                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4107                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4108                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4109                                        gfp_mask)) {
4110                         int ret;
4111
4112 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4113                         /*
4114                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4115                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4116                          */
4117                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4118                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4119                                         goto try_this_zone;
4120                         }
4121 #endif
4122                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4123                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4124                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4125                                 goto try_this_zone;
4126
4127                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4128                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4129                                 continue;
4130
4131                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4132                         switch (ret) {
4133                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4134                                 /* did not scan */
4135                                 continue;
4136                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4137                                 /* scanned but unreclaimable */
4138                                 continue;
4139                         default:
4140                                 /* did we reclaim enough */
4141                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4142                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4143                                         goto try_this_zone;
4144
4145                                 continue;
4146                         }
4147                 }
4148
4149 try_this_zone:
4150                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4151                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4152                 if (page) {
4153                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4154
4155                         /*
4156                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4157                          * if the pageblock should be reserved for the future
4158                          */
4159                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4160                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4161
4162                         return page;
4163                 } else {
4164 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4165                         /* Try again if zone has deferred pages */
4166                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4167                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4168                                         goto try_this_zone;
4169                         }
4170 #endif
4171                 }
4172         }
4173
4174         /*
4175          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4176          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4177          */
4178         if (no_fallback) {
4179                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4180                 goto retry;
4181         }
4182
4183         return NULL;
4184 }
4185
4186 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4187 {
4188         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4189
4190         /*
4191          * This documents exceptions given to allocations in certain
4192          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4193          * of allowed nodes.
4194          */
4195         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4196                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4197                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4198                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4199         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4200                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4201
4202         show_mem(filter, nodemask);
4203 }
4204
4205 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4206 {
4207         struct va_format vaf;
4208         va_list args;
4209         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4210
4211         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
4212                 return;
4213
4214         va_start(args, fmt);
4215         vaf.fmt = fmt;
4216         vaf.va = &args;
4217         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4218                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4219                         nodemask_pr_args(nodemask));
4220         va_end(args);
4221
4222         cpuset_print_current_mems_allowed();
4223         pr_cont("\n");
4224         dump_stack();
4225         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4226 }
4227
4228 static inline struct page *
4229 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4230                               unsigned int alloc_flags,
4231                               const struct alloc_context *ac)
4232 {
4233         struct page *page;
4234
4235         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4236                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4237         /*
4238          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4239          * are depleted
4240          */
4241         if (!page)
4242                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4243                                 alloc_flags, ac);
4244
4245         return page;
4246 }
4247
4248 static inline struct page *
4249 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4250         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4251 {
4252         struct oom_control oc = {
4253                 .zonelist = ac->zonelist,
4254                 .nodemask = ac->nodemask,
4255                 .memcg = NULL,
4256                 .gfp_mask = gfp_mask,
4257                 .order = order,
4258         };
4259         struct page *page;
4260
4261         *did_some_progress = 0;
4262
4263         /*
4264          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4265          * making progress for us.
4266          */
4267         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4268                 *did_some_progress = 1;
4269                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4270                 return NULL;
4271         }
4272
4273         /*
4274          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4275          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4276          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4277          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4278          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4279          */
4280         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4281                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4282                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4283         if (page)
4284                 goto out;
4285
4286         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4287         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4288                 goto out;
4289         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4290         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4291                 goto out;
4292         /*
4293          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4294          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4295          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4296          * fallback than shooting a random task.
4297          *
4298          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4299          */
4300         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4301                 goto out;
4302         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4303         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4304                 goto out;
4305         if (pm_suspended_storage())
4306                 goto out;
4307         /*
4308          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4309          * other request to make a forward progress.
4310          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4311          * do much for this context but let's try it to at least get
4312          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4313          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4314          * failures more gracefully we should just bail out here.
4315          */
4316
4317         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4318         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4319                 *did_some_progress = 1;
4320
4321                 /*
4322                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4323                  * reserves
4324                  */
4325                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4326                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4327                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4328         }
4329 out:
4330         mutex_unlock(&oom_lock);
4331         return page;
4332 }
4333
4334 /*
4335  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4336  * killer is consider as the only way to move forward.
4337  */
4338 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4339
4340 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4341 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4342 static struct page *
4343 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4344                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4345                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4346 {
4347         struct page *page = NULL;
4348         unsigned long pflags;
4349         unsigned int noreclaim_flag;
4350
4351         if (!order)
4352                 return NULL;
4353
4354         psi_memstall_enter(&pflags);
4355         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4356
4357         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4358                                                                 prio, &page);
4359
4360         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4361         psi_memstall_leave(&pflags);
4362
4363         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4364                 return NULL;
4365         /*
4366          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4367          * count a compaction stall
4368          */
4369         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4370
4371         /* Prep a captured page if available */
4372         if (page)
4373                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4374
4375         /* Try get a page from the freelist if available */
4376         if (!page)
4377                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4378
4379         if (page) {
4380                 struct zone *zone = page_zone(page);
4381
4382                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4383                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4384                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4385                 return page;
4386         }
4387
4388         /*
4389          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4390          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4391          */
4392         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4393
4394         cond_resched();
4395
4396         return NULL;
4397 }
4398
4399 static inline bool
4400 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4401                      enum compact_result compact_result,
4402                      enum compact_priority *compact_priority,
4403                      int *compaction_retries)
4404 {
4405         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4406         int min_priority;
4407         bool ret = false;
4408         int retries = *compaction_retries;
4409         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4410
4411         if (!order)
4412                 return false;
4413
4414         if (fatal_signal_pending(current))
4415                 return false;
4416
4417         if (compaction_made_progress(compact_result))
4418                 (*compaction_retries)++;
4419
4420         /*
4421          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4422          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4423          * failure could be caused by insufficient priority
4424          */
4425         if (compaction_failed(compact_result))
4426                 goto check_priority;
4427
4428         /*
4429          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4430          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4431          */
4432         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4433                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4434                 goto out;
4435         }
4436
4437         /*
4438          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4439          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4440          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4441          * we don't just keep bailing out endlessly.
4442          */
4443         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4444                 goto check_priority;
4445         }
4446
4447         /*
4448          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4449          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4450          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4451          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4452          * would need much more detailed feedback from compaction to
4453          * make a better decision.
4454          */
4455         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4456                 max_retries /= 4;
4457         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4458                 ret = true;
4459                 goto out;
4460         }
4461
4462         /*
4463          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4464          * all retries or failed at the lower priorities.
4465          */
4466 check_priority:
4467         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4468                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4469
4470         if (*compact_priority > min_priority) {
4471                 (*compact_priority)--;
4472                 *compaction_retries = 0;
4473                 ret = true;
4474         }
4475 out:
4476         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4477         return ret;
4478 }
4479 #else
4480 static inline struct page *
4481 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4482                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4483                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4484 {
4485         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4486         return NULL;
4487 }
4488
4489 static inline bool
4490 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4491                      enum compact_result compact_result,
4492                      enum compact_priority *compact_priority,
4493                      int *compaction_retries)
4494 {
4495         struct zone *zone;
4496         struct zoneref *z;
4497
4498         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4499                 return false;
4500
4501         /*
4502          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4503          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4504          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4505          * watermarks are OK.
4506          */
4507         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4508                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4509                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4510                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4511                         return true;
4512         }
4513         return false;
4514 }
4515 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4516
4517 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4518 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4519         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4520
4521 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4522 {
4523         /* no reclaim without waiting on it */
4524         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4525                 return false;
4526
4527         /* this guy won't enter reclaim */
4528         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4529                 return false;
4530
4531         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4532                 return false;
4533
4534         return true;
4535 }
4536
4537 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
4538 {
4539         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
4540 }
4541
4542 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
4543 {
4544         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
4545 }
4546
4547 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4548 {
4549         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4550
4551         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4552                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4553                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
4554
4555 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4556                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4557                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4558 #endif
4559
4560         }
4561 }
4562 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4563
4564 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4565 {
4566         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4567
4568         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4569                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4570                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
4571         }
4572 }
4573 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4574 #endif
4575
4576 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4577 static unsigned long
4578 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4579                                         const struct alloc_context *ac)
4580 {
4581         unsigned int noreclaim_flag;
4582         unsigned long pflags, progress;
4583
4584         cond_resched();
4585
4586         /* We now go into synchronous reclaim */
4587         cpuset_memory_pressure_bump();
4588         psi_memstall_enter(&pflags);
4589         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4590         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4591
4592         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4593                                                                 ac->nodemask);
4594
4595         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4596         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4597         psi_memstall_leave(&pflags);
4598
4599         cond_resched();
4600
4601         return progress;
4602 }
4603
4604 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4605 static inline struct page *
4606 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4607                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4608                 unsigned long *did_some_progress)
4609 {
4610         struct page *page = NULL;
4611         bool drained = false;
4612
4613         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4614         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4615                 return NULL;
4616
4617 retry:
4618         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4619
4620         /*
4621          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4622          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4623          * Shrink them and try again
4624          */
4625         if (!page && !drained) {
4626                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4627                 drain_all_pages(NULL);
4628                 drained = true;
4629                 goto retry;
4630         }
4631
4632         return page;
4633 }
4634
4635 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4636                              const struct alloc_context *ac)
4637 {
4638         struct zoneref *z;
4639         struct zone *zone;
4640         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4641         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4642
4643         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4644                                         ac->nodemask) {
4645                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4646                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4647                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4648         }
4649 }
4650
4651 static inline unsigned int
4652 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4653 {
4654         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4655
4656         /*
4657          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4658          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4659          * to save two branches.
4660          */
4661         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4662         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4663
4664         /*
4665          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4666          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4667          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4668          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4669          */
4670         alloc_flags |= (__force int)
4671                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4672
4673         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4674                 /*
4675                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4676                  * if it can't schedule.
4677                  */
4678                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4679                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4680                 /*
4681                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4682                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4683                  */
4684                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4685         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
4686                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4687
4688         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4689
4690         return alloc_flags;
4691 }
4692
4693 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4694 {
4695         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4696                 return false;
4697
4698         /*
4699          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4700          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4701          */
4702         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4703                 return false;
4704
4705         return true;
4706 }
4707
4708 /*
4709  * Distinguish requests which really need access to full memory
4710  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4711  */
4712 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4713 {
4714         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4715                 return 0;
4716         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4717                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4718         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4719                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4720         if (!in_interrupt()) {
4721                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4722                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4723                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4724                         return ALLOC_OOM;
4725         }
4726
4727         return 0;
4728 }
4729
4730 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4731 {
4732         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4733 }
4734
4735 /*
4736  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4737  * for the given allocation request.
4738  *
4739  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4740  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4741  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4742  *
4743  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4744  */
4745 static inline bool
4746 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4747                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4748                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4749 {
4750         struct zone *zone;
4751         struct zoneref *z;
4752         bool ret = false;
4753
4754         /*
4755          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4756          * their order will become available due to high fragmentation so
4757          * always increment the no progress counter for them
4758          */
4759         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4760                 *no_progress_loops = 0;
4761         else
4762                 (*no_progress_loops)++;
4763
4764         /*
4765          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4766          * several times in the row.
4767          */
4768         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4769                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4770                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4771         }
4772
4773         /*
4774          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4775          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4776          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4777          * screwed and have to go OOM.
4778          */
4779         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4780                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4781                 unsigned long available;
4782                 unsigned long reclaimable;
4783                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4784                 bool wmark;
4785
4786                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4787                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4788
4789                 /*
4790                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4791                  * reclaimable pages?
4792                  */
4793                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4794                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4795                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4796                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4797                 if (wmark) {
4798                         /*
4799                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4800                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4801                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4802                          * prevent from pre mature OOM
4803                          */
4804                         if (!did_some_progress) {
4805                                 unsigned long write_pending;
4806
4807                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4808                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4809
4810                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4811                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4812                                         return true;
4813                                 }
4814                         }
4815
4816                         ret = true;
4817                         goto out;
4818                 }
4819         }
4820
4821 out:
4822         /*
4823          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4824          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4825          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4826          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4827          * here rather than calling cond_resched().
4828          */
4829         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4830                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4831         else
4832                 cond_resched();
4833         return ret;
4834 }
4835
4836 static inline bool
4837 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4838 {
4839         /*
4840          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4841          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4842          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4843          * such a way the check therein was true, and then it became false
4844          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4845          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4846          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4847          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4848          * caller can deal with a violated nodemask.
4849          */
4850         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4851                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4852                 ac->nodemask = NULL;
4853                 return true;
4854         }
4855
4856         /*
4857          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4858          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4859          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4860          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4861          * retry.
4862          */
4863         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4864                 return true;
4865
4866         return false;
4867 }
4868
4869 static inline struct page *
4870 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4871                                                 struct alloc_context *ac)
4872 {
4873         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4874         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4875         struct page *page = NULL;
4876         unsigned int alloc_flags;
4877         unsigned long did_some_progress;
4878         enum compact_priority compact_priority;
4879         enum compact_result compact_result;
4880         int compaction_retries;
4881         int no_progress_loops;
4882         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4883         int reserve_flags;
4884
4885         /*
4886          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4887          * callers that are not in atomic context.
4888          */
4889         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4890                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4891                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4892
4893 retry_cpuset:
4894         compaction_retries = 0;
4895         no_progress_loops = 0;
4896         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4897         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4898
4899         /*
4900          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4901          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4902          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4903          */
4904         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4905
4906         /*
4907          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4908          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4909          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4910          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4911          */
4912         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4913                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4914         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4915                 goto nopage;
4916
4917         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4918                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4919
4920         /*
4921          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4922          * that first
4923          */
4924         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4925         if (page)
4926                 goto got_pg;
4927
4928         /*
4929          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4930          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4931          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4932          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4933          * same migratetype.
4934          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4935          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4936          */
4937         if (can_direct_reclaim &&
4938                         (costly_order ||
4939                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4940                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4941                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4942                                                 alloc_flags, ac,
4943                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4944                                                 &compact_result);
4945                 if (page)
4946                         goto got_pg;
4947
4948                 /*
4949                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4950                  * includes some THP page fault allocations
4951                  */
4952                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4953                         /*
4954                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4955                          * failed because all zones are below low watermarks
4956                          * or is prohibited because it recently failed at this
4957                          * order, fail immediately unless the allocator has
4958                          * requested compaction and reclaim retry.
4959                          *
4960                          * Reclaim is
4961                          *  - potentially very expensive because zones are far
4962                          *    below their low watermarks or this is part of very
4963                          *    bursty high order allocations,
4964                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4965                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4966                          *    linear scan, and
4967                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4968                          *    own.
4969                          */
4970                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4971                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4972                                 goto nopage;
4973
4974                         /*
4975                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4976                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4977                          * using async compaction.
4978                          */
4979                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4980                 }
4981         }
4982
4983 retry:
4984         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4985         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4986                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4987
4988         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4989         if (reserve_flags)
4990                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
4991
4992         /*
4993          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4994          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4995          * user oriented.
4996          */
4997         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4998                 ac->nodemask = NULL;
4999                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5000                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5001         }
5002
5003         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
5004         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5005         if (page)
5006                 goto got_pg;
5007
5008         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
5009         if (!can_direct_reclaim)
5010                 goto nopage;
5011
5012         /* Avoid recursion of direct reclaim */
5013         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
5014                 goto nopage;
5015
5016         /* Try direct reclaim and then allocating */
5017         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5018                                                         &did_some_progress);
5019         if (page)
5020                 goto got_pg;
5021
5022         /* Try direct compaction and then allocating */
5023         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5024                                         compact_priority, &compact_result);
5025         if (page)
5026                 goto got_pg;
5027
5028         /* Do not loop if specifically requested */
5029         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5030                 goto nopage;
5031
5032         /*
5033          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5034          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5035          */
5036         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5037                 goto nopage;
5038
5039         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5040                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5041                 goto retry;
5042
5043         /*
5044          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5045          * reclaim is not able to make any progress because the current
5046          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5047          * of free memory (see __compaction_suitable)
5048          */
5049         if (did_some_progress > 0 &&
5050                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5051                                 compact_result, &compact_priority,
5052                                 &compaction_retries))
5053                 goto retry;
5054
5055
5056         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
5057         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5058                 goto retry_cpuset;
5059
5060         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5061         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5062         if (page)
5063                 goto got_pg;
5064
5065         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5066         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5067             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5068              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5069                 goto nopage;
5070
5071         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5072         if (did_some_progress) {
5073                 no_progress_loops = 0;
5074                 goto retry;
5075         }
5076
5077 nopage:
5078         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
5079         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5080                 goto retry_cpuset;
5081
5082         /*
5083          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5084          * we always retry
5085          */
5086         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5087                 /*
5088                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5089                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5090                  */
5091                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
5092                         goto fail;
5093
5094                 /*
5095                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5096                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5097                  * for somebody to do a work for us
5098                  */
5099                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
5100
5101                 /*
5102                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5103                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5104                  * so that we can identify them and convert them to something
5105                  * else.
5106                  */
5107                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
5108
5109                 /*
5110                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5111                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5112                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5113                  * the situation worse
5114                  */
5115                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5116                 if (page)
5117                         goto got_pg;
5118
5119                 cond_resched();
5120                 goto retry;
5121         }
5122 fail:
5123         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5124                         "page allocation failure: order:%u", order);
5125 got_pg:
5126         return page;
5127 }
5128
5129 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5130                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5131                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5132                 unsigned int *alloc_flags)
5133 {
5134         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5135         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5136         ac->nodemask = nodemask;
5137         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5138
5139         if (cpusets_enabled()) {
5140                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5141                 /*
5142                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5143                  * to the current task context. It means that any node ok.
5144                  */
5145                 if (in_task() && !ac->nodemask)
5146                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5147                 else
5148                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5149         }
5150
5151         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
5152         fs_reclaim_release(gfp_mask);
5153
5154         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
5155
5156         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5157                 return false;
5158
5159         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5160
5161         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5162         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5163
5164         /*
5165          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5166          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5167          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5168          */
5169         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5170                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5171
5172         return true;
5173 }
5174
5175 /*
5176  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5177  * @gfp: GFP flags for the allocation
5178  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5179  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5180  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5181  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5182  * @page_array: Optional array to store the pages
5183  *
5184  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5185  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5186  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5187  *
5188  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5189  *
5190  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5191  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5192  *
5193  * Returns the number of pages on the list or array.
5194  */
5195 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5196                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5197                         struct list_head *page_list,
5198                         struct page **page_array)
5199 {
5200         struct page *page;
5201         unsigned long flags;
5202         struct zone *zone;
5203         struct zoneref *z;
5204         struct per_cpu_pages *pcp;
5205         struct list_head *pcp_list;
5206         struct alloc_context ac;
5207         gfp_t alloc_gfp;
5208         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5209         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5210
5211         /*
5212          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5213          * to be allocated before disabling IRQs.
5214          */
5215         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5216                 nr_populated++;
5217
5218         /* No pages requested? */
5219         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5220                 goto out;
5221
5222         /* Already populated array? */
5223         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5224                 goto out;
5225
5226         /* Use the single page allocator for one page. */
5227         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5228                 goto failed;
5229
5230 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
5231         /*
5232          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
5233          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
5234          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
5235          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
5236          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
5237          */
5238         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
5239                 goto failed;
5240 #endif
5241
5242         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5243         gfp &= gfp_allowed_mask;
5244         alloc_gfp = gfp;
5245         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5246                 goto out;
5247         gfp = alloc_gfp;
5248
5249         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5250         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5251                 unsigned long mark;
5252
5253                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5254                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5255                         continue;
5256                 }
5257
5258                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5259                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5260                         goto failed;
5261                 }
5262
5263                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5264                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5265                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5266                                 alloc_flags, gfp)) {
5267                         break;
5268                 }
5269         }
5270
5271         /*
5272          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5273          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5274          */
5275         if (unlikely(!zone))
5276                 goto failed;
5277
5278         /* Attempt the batch allocation */
5279         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
5280         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
5281         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5282
5283         while (nr_populated < nr_pages) {
5284
5285                 /* Skip existing pages */
5286                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5287                         nr_populated++;
5288                         continue;
5289                 }
5290
5291                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5292                                                                 pcp, pcp_list);
5293                 if (unlikely(!page)) {
5294                         /* Try and get at least one page */
5295                         if (!nr_populated)
5296                                 goto failed_irq;
5297                         break;
5298                 }
5299                 nr_account++;
5300
5301                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5302                 if (page_list)
5303                         list_add(&page->lru, page_list);
5304                 else
5305                         page_array[nr_populated] = page;
5306                 nr_populated++;
5307         }
5308
5309         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5310
5311         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5312         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5313
5314 out:
5315         return nr_populated;
5316
5317 failed_irq:
5318         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5319
5320 failed:
5321         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5322         if (page) {
5323                 if (page_list)
5324                         list_add(&page->lru, page_list);
5325                 else
5326                         page_array[nr_populated] = page;
5327                 nr_populated++;
5328         }
5329
5330         goto out;
5331 }
5332 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5333
5334 /*
5335  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5336  */
5337 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5338                                                         nodemask_t *nodemask)
5339 {
5340         struct page *page;
5341         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5342         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5343         struct alloc_context ac = { };
5344
5345         /*
5346          * There are several places where we assume that the order value is sane
5347          * so bail out early if the request is out of bound.
5348          */
5349         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
5350                 WARN_ON_ONCE(!(gfp & __GFP_NOWARN));
5351                 return NULL;
5352         }
5353
5354         gfp &= gfp_allowed_mask;
5355         /*
5356          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5357          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5358          * from a particular context which has been marked by
5359          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5360          * movable zones are not used during allocation.
5361          */
5362         gfp = current_gfp_context(gfp);
5363         alloc_gfp = gfp;
5364         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5365                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5366                 return NULL;
5367
5368         /*
5369          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5370          * memory until all local zones are considered.
5371          */
5372         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5373
5374         /* First allocation attempt */
5375         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5376         if (likely(page))
5377                 goto out;
5378
5379         alloc_gfp = gfp;
5380         ac.spread_dirty_pages = false;
5381
5382         /*
5383          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5384          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5385          */
5386         ac.nodemask = nodemask;
5387
5388         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5389
5390 out:
5391         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5392             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5393                 __free_pages(page, order);
5394                 page = NULL;
5395         }
5396
5397         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5398
5399         return page;
5400 }
5401 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5402
5403 /*
5404  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5405  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5406  * you need to access high mem.
5407  */
5408 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5409 {
5410         struct page *page;
5411
5412         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5413         if (!page)
5414                 return 0;
5415         return (unsigned long) page_address(page);
5416 }
5417 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5418
5419 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5420 {
5421         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5422 }
5423 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5424
5425 /**
5426  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5427  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5428  * @order: The order of the allocation.
5429  *
5430  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5431  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5432  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5433  * than was allocated will probably emit a warning.
5434  *
5435  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5436  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5437  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5438  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5439  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5440  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5441  *
5442  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5443  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5444  */
5445 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5446 {
5447         if (put_page_testzero(page))
5448                 free_the_page(page, order);
5449         else if (!PageHead(page))
5450                 while (order-- > 0)
5451                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5452 }
5453 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5454
5455 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5456 {
5457         if (addr != 0) {
5458                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5459                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5460         }
5461 }
5462
5463 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5464
5465 /*
5466  * Page Fragment:
5467  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5468  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5469  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5470  *
5471  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5472  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5473  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5474  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5475  */
5476 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5477                                              gfp_t gfp_mask)
5478 {
5479         struct page *page = NULL;
5480         gfp_t gfp = gfp_mask;
5481
5482 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5483         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5484                     __GFP_NOMEMALLOC;
5485         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5486                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5487         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5488 #endif
5489         if (unlikely(!page))
5490                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5491
5492         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5493
5494         return page;
5495 }
5496
5497 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5498 {
5499         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5500
5501         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5502                 free_the_page(page, compound_order(page));
5503 }
5504 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5505
5506 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5507                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5508                       unsigned int align_mask)
5509 {
5510         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5511         struct page *page;
5512         int offset;
5513
5514         if (unlikely(!nc->va)) {
5515 refill:
5516                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5517                 if (!page)
5518                         return NULL;
5519
5520 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5521                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5522                 size = nc->size;
5523 #endif
5524                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5525                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5526                  */
5527                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5528
5529                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5530                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5531                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5532                 nc->offset = size;
5533         }
5534
5535         offset = nc->offset - fragsz;
5536         if (unlikely(offset < 0)) {
5537                 page = virt_to_page(nc->va);
5538
5539                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5540                         goto refill;
5541
5542                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5543                         free_the_page(page, compound_order(page));
5544                         goto refill;
5545                 }
5546
5547 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5548                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5549                 size = nc->size;
5550 #endif
5551                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5552                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5553
5554                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5555                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5556                 offset = size - fragsz;
5557         }
5558
5559         nc->pagecnt_bias--;
5560         offset &= align_mask;
5561         nc->offset = offset;
5562
5563         return nc->va + offset;
5564 }
5565 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5566
5567 /*
5568  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5569  */
5570 void page_frag_free(void *addr)
5571 {
5572         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5573
5574         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5575                 free_the_page(page, compound_order(page));
5576 }
5577 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5578
5579 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5580                 size_t size)
5581 {
5582         if (addr) {
5583                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5584                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5585
5586                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5587                 while (used < alloc_end) {
5588                         free_page(used);
5589                         used += PAGE_SIZE;
5590                 }
5591         }
5592         return (void *)addr;
5593 }
5594
5595 /**
5596  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5597  * @size: the number of bytes to allocate
5598  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5599  *
5600  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5601  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5602  * allocate memory in power-of-two pages.
5603  *
5604  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5605  *
5606  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5607  *
5608  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5609  */
5610 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5611 {
5612         unsigned int order = get_order(size);
5613         unsigned long addr;
5614
5615         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5616                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5617
5618         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5619         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5620 }
5621 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5622
5623 /**
5624  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5625  *                         pages on a node.
5626  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5627  * @size: the number of bytes to allocate
5628  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5629  *
5630  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5631  * back.
5632  *
5633  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5634  */
5635 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5636 {
5637         unsigned int order = get_order(size);
5638         struct page *p;
5639
5640         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5641                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5642
5643         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5644         if (!p)
5645                 return NULL;
5646         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5647 }
5648
5649 /**
5650  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5651  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5652  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5653  *
5654  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5655  */
5656 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5657 {
5658         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5659         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5660
5661         while (addr < end) {
5662                 free_page(addr);
5663                 addr += PAGE_SIZE;
5664         }
5665 }
5666 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5667
5668 /**
5669  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5670  * @offset: The zone index of the highest zone
5671  *
5672  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5673  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5674  * zone, the number of pages is calculated as:
5675  *
5676  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5677  *
5678  * Return: number of pages beyond high watermark.
5679  */
5680 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5681 {
5682         struct zoneref *z;
5683         struct zone *zone;
5684
5685         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5686         unsigned long sum = 0;
5687
5688         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5689
5690         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5691                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5692                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5693                 if (size > high)
5694                         sum += size - high;
5695         }
5696
5697         return sum;
5698 }
5699
5700 /**
5701  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5702  *
5703  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5704  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5705  *
5706  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5707  * ZONE_NORMAL.
5708  */
5709 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5710 {
5711         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5712 }
5713 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5714
5715 static inline void show_node(struct zone *zone)
5716 {
5717         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5718                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5719 }
5720
5721 long si_mem_available(void)
5722 {
5723         long available;
5724         unsigned long pagecache;
5725         unsigned long wmark_low = 0;
5726         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5727         unsigned long reclaimable;
5728         struct zone *zone;
5729         int lru;
5730
5731         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5732                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5733
5734         for_each_zone(zone)
5735                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5736
5737         /*
5738          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5739          * without causing swapping.
5740          */
5741         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5742
5743         /*
5744          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5745          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5746          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5747          */
5748         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5749         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5750         available += pagecache;
5751
5752         /*
5753          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5754          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5755          * low watermark.
5756          */
5757         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5758                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5759         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5760
5761         if (available < 0)
5762                 available = 0;
5763         return available;
5764 }
5765 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5766
5767 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5768 {
5769         val->totalram = totalram_pages();
5770         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5771         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5772         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5773         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5774         val->freehigh = nr_free_highpages();
5775         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5776 }
5777
5778 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5779
5780 #ifdef CONFIG_NUMA
5781 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5782 {
5783         int zone_type;          /* needs to be signed */
5784         unsigned long managed_pages = 0;
5785         unsigned long managed_highpages = 0;
5786         unsigned long free_highpages = 0;
5787         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5788
5789         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5790                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5791         val->totalram = managed_pages;
5792         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5793         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5794 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5795         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5796                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5797
5798                 if (is_highmem(zone)) {
5799                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5800                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5801                 }
5802         }
5803         val->totalhigh = managed_highpages;
5804         val->freehigh = free_highpages;
5805 #else
5806         val->totalhigh = managed_highpages;
5807         val->freehigh = free_highpages;
5808 #endif
5809         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5810 }
5811 #endif
5812
5813 /*
5814  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5815  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5816  */
5817 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5818 {
5819         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5820                 return false;
5821
5822         /*
5823          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5824          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5825          * have to be precise here.
5826          */
5827         if (!nodemask)
5828                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5829
5830         return !node_isset(nid, *nodemask);
5831 }
5832
5833 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5834
5835 static void show_migration_types(unsigned char type)
5836 {
5837         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5838                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5839                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5840                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5841                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5842 #ifdef CONFIG_CMA
5843                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5844 #endif
5845 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5846                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5847 #endif
5848         };
5849         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5850         char *p = tmp;
5851         int i;
5852
5853         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5854                 if (type & (1 << i))
5855                         *p++ = types[i];
5856         }
5857
5858         *p = '\0';
5859         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5860 }
5861
5862 /*
5863  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5864  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5865  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5866  *
5867  * Bits in @filter:
5868  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5869  *   cpuset.
5870  */
5871 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5872 {
5873         unsigned long free_pcp = 0;
5874         int cpu;
5875         struct zone *zone;
5876         pg_data_t *pgdat;
5877
5878         for_each_populated_zone(zone) {
5879                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5880                         continue;
5881
5882                 for_each_online_cpu(cpu)
5883                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5884         }
5885
5886         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5887                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5888                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5889                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5890                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5891                 " kernel_misc_reclaimable:%lu\n"
5892                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5893                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5894                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5895                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5896                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5897                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5898                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5899                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5900                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5901                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5902                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5903                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5904                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5905                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5906                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5907                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5908                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE),
5909                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5910                 free_pcp,
5911                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5912
5913         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5914                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5915                         continue;
5916
5917                 printk("Node %d"
5918                         " active_anon:%lukB"
5919                         " inactive_anon:%lukB"
5920                         " active_file:%lukB"
5921                         " inactive_file:%lukB"
5922                         " unevictable:%lukB"
5923                         " isolated(anon):%lukB"
5924                         " isolated(file):%lukB"
5925                         " mapped:%lukB"
5926                         " dirty:%lukB"
5927                         " writeback:%lukB"
5928                         " shmem:%lukB"
5929 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5930                         " shmem_thp: %lukB"
5931                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5932                         " anon_thp: %lukB"
5933 #endif
5934                         " writeback_tmp:%lukB"
5935                         " kernel_stack:%lukB"
5936 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5937                         " shadow_call_stack:%lukB"
5938 #endif
5939                         " pagetables:%lukB"
5940                         " all_unreclaimable? %s"
5941                         "\n",
5942                         pgdat->node_id,
5943                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5944                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5945                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5946                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5947                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5948                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5949                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5950                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5951                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5952                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5953                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5954 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5955                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
5956                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
5957                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
5958 #endif
5959                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5960                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5961 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5962                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5963 #endif
5964                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
5965                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5966                                 "yes" : "no");
5967         }
5968
5969         for_each_populated_zone(zone) {
5970                 int i;
5971
5972                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5973                         continue;
5974
5975                 free_pcp = 0;
5976                 for_each_online_cpu(cpu)
5977                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5978
5979                 show_node(zone);
5980                 printk(KERN_CONT
5981                         "%s"
5982                         " free:%lukB"
5983                         " min:%lukB"
5984                         " low:%lukB"
5985                         " high:%lukB"
5986                         " reserved_highatomic:%luKB"
5987                         " active_anon:%lukB"
5988                         " inactive_anon:%lukB"
5989                         " active_file:%lukB"
5990                         " inactive_file:%lukB"
5991                         " unevictable:%lukB"
5992                         " writepending:%lukB"
5993                         " present:%lukB"
5994                         " managed:%lukB"
5995                         " mlocked:%lukB"
5996                         " bounce:%lukB"
5997                         " free_pcp:%lukB"
5998                         " local_pcp:%ukB"
5999                         " free_cma:%lukB"
6000                         "\n",
6001                         zone->name,
6002                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
6003                         K(min_wmark_pages(zone)),
6004                         K(low_wmark_pages(zone)),
6005                         K(high_wmark_pages(zone)),
6006                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
6007                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
6008                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
6009                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
6010                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
6011                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6012                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6013                         K(zone->present_pages),
6014                         K(zone_managed_pages(zone)),
6015                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6016                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6017                         K(free_pcp),
6018                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6019                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6020                 printk("lowmem_reserve[]:");
6021                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6022                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6023                 printk(KERN_CONT "\n");
6024         }
6025
6026         for_each_populated_zone(zone) {
6027                 unsigned int order;
6028                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6029                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6030
6031                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6032                         continue;
6033                 show_node(zone);
6034                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6035
6036                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6037                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6038                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6039                         int type;
6040
6041                         nr[order] = area->nr_free;
6042                         total += nr[order] << order;
6043
6044                         types[order] = 0;
6045                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6046                                 if (!free_area_empty(area, type))
6047                                         types[order] |= 1 << type;
6048                         }
6049                 }
6050                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6051                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6052                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6053                                nr[order], K(1UL) << order);
6054                         if (nr[order])
6055                                 show_migration_types(types[order]);
6056                 }
6057                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6058         }
6059
6060         hugetlb_show_meminfo();
6061
6062         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6063
6064         show_swap_cache_info();
6065 }
6066
6067 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6068 {
6069         zoneref->zone = zone;
6070         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6071 }
6072
6073 /*
6074  * Builds allocation fallback zone lists.
6075  *
6076  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6077  */
6078 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6079 {
6080         struct zone *zone;
6081         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6082         int nr_zones = 0;
6083
6084         do {
6085                 zone_type--;
6086                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6087                 if (managed_zone(zone)) {
6088                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6089                         check_highest_zone(zone_type);
6090                 }
6091         } while (zone_type);
6092
6093         return nr_zones;
6094 }
6095
6096 #ifdef CONFIG_NUMA
6097
6098 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6099 {
6100         /*
6101          * We used to support different zonelists modes but they turned
6102          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6103          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6104          * not fail it silently
6105          */
6106         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6107                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6108                 return -EINVAL;
6109         }
6110         return 0;
6111 }
6112
6113 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6114
6115 /*
6116  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6117  */
6118 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6119                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6120 {
6121         if (write)
6122                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6123         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6124 }
6125
6126
6127 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
6128 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6129
6130 /**
6131  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6132  * @node: node whose fallback list we're appending
6133  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6134  *
6135  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6136  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6137  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6138  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6139  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6140  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6141  * on them otherwise.
6142  *
6143  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6144  */
6145 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6146 {
6147         int n, val;
6148         int min_val = INT_MAX;
6149         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6150
6151         /* Use the local node if we haven't already */
6152         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6153                 node_set(node, *used_node_mask);
6154                 return node;
6155         }
6156
6157         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6158
6159                 /* Don't want a node to appear more than once */
6160                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6161                         continue;
6162
6163                 /* Use the distance array to find the distance */
6164                 val = node_distance(node, n);
6165
6166                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6167                 val += (n < node);
6168
6169                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6170                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6171                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6172
6173                 /* Slight preference for less loaded node */
6174                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
6175                 val += node_load[n];
6176
6177                 if (val < min_val) {
6178                         min_val = val;
6179                         best_node = n;
6180                 }
6181         }
6182
6183         if (best_node >= 0)
6184                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6185
6186         return best_node;
6187 }
6188
6189
6190 /*
6191  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6192  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6193  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6194  */
6195 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6196                 unsigned nr_nodes)
6197 {
6198         struct zoneref *zonerefs;
6199         int i;
6200
6201         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6202
6203         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6204                 int nr_zones;
6205
6206                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6207
6208                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6209                 zonerefs += nr_zones;
6210         }
6211         zonerefs->zone = NULL;
6212         zonerefs->zone_idx = 0;
6213 }
6214
6215 /*
6216  * Build gfp_thisnode zonelists
6217  */
6218 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6219 {
6220         struct zoneref *zonerefs;
6221         int nr_zones;
6222
6223         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6224         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6225         zonerefs += nr_zones;
6226         zonerefs->zone = NULL;
6227         zonerefs->zone_idx = 0;
6228 }
6229
6230 /*
6231  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6232  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6233  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6234  * may still exist in local DMA zone.
6235  */
6236
6237 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6238 {
6239         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6240         int node, load, nr_nodes = 0;
6241         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6242         int local_node, prev_node;
6243
6244         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6245         local_node = pgdat->node_id;
6246         load = nr_online_nodes;
6247         prev_node = local_node;
6248
6249         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6250         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6251                 /*
6252                  * We don't want to pressure a particular node.
6253                  * So adding penalty to the first node in same
6254                  * distance group to make it round-robin.
6255                  */
6256                 if (node_distance(local_node, node) !=
6257                     node_distance(local_node, prev_node))
6258                         node_load[node] = load;
6259
6260                 node_order[nr_nodes++] = node;
6261                 prev_node = node;
6262                 load--;
6263         }
6264
6265         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6266         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6267 }
6268
6269 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6270 /*
6271  * Return node id of node used for "local" allocations.
6272  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6273  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6274  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6275  */
6276 int local_memory_node(int node)
6277 {
6278         struct zoneref *z;
6279
6280         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6281                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6282                                    NULL);
6283         return zone_to_nid(z->zone);
6284 }
6285 #endif
6286
6287 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6288 static void setup_min_slab_ratio(void);
6289 #else   /* CONFIG_NUMA */
6290
6291 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6292 {
6293         int node, local_node;
6294         struct zoneref *zonerefs;
6295         int nr_zones;
6296
6297         local_node = pgdat->node_id;
6298
6299         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6300         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6301         zonerefs += nr_zones;
6302
6303         /*
6304          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6305          * of all the other nodes.
6306          * We don't want to pressure a particular node, so when
6307          * building the zones for node N, we make sure that the
6308          * zones coming right after the local ones are those from
6309          * node N+1 (modulo N)
6310          */
6311         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6312                 if (!node_online(node))
6313                         continue;
6314                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6315                 zonerefs += nr_zones;
6316         }
6317         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6318                 if (!node_online(node))
6319                         continue;
6320                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6321                 zonerefs += nr_zones;
6322         }
6323
6324         zonerefs->zone = NULL;
6325         zonerefs->zone_idx = 0;
6326 }
6327
6328 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6329
6330 /*
6331  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6332  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6333  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6334  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6335  * with interrupts disabled.
6336  *
6337  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6338  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6339  * hotplugged processors.
6340  *
6341  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6342  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6343  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6344  */
6345 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6346 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6347 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6348 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6349 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6350 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6351 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6352
6353 static void __build_all_zonelists(void *data)
6354 {
6355         int nid;
6356         int __maybe_unused cpu;
6357         pg_data_t *self = data;
6358         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6359
6360         spin_lock(&lock);
6361
6362 #ifdef CONFIG_NUMA
6363         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6364 #endif
6365
6366         /*
6367          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6368          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6369          */
6370         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6371                 build_zonelists(self);
6372         } else {
6373                 for_each_online_node(nid) {
6374                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6375
6376                         build_zonelists(pgdat);
6377                 }
6378
6379 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6380                 /*
6381                  * We now know the "local memory node" for each node--
6382                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6383                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6384                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6385                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6386                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6387                  */
6388                 for_each_online_cpu(cpu)
6389                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6390 #endif
6391         }
6392
6393         spin_unlock(&lock);
6394 }
6395
6396 static noinline void __init
6397 build_all_zonelists_init(void)
6398 {
6399         int cpu;
6400
6401         __build_all_zonelists(NULL);
6402
6403         /*
6404          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6405          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6406          * each zone will be allocated later when the per cpu
6407          * allocator is available.
6408          *
6409          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6410          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6411          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6412          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6413          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6414          * (a chicken-egg dilemma).
6415          */
6416         for_each_possible_cpu(cpu)
6417                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6418
6419         mminit_verify_zonelist();
6420         cpuset_init_current_mems_allowed();
6421 }
6422
6423 /*
6424  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6425  *
6426  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6427  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6428  */
6429 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6430 {
6431         unsigned long vm_total_pages;
6432
6433         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6434                 build_all_zonelists_init();
6435         } else {
6436                 __build_all_zonelists(pgdat);
6437                 /* cpuset refresh routine should be here */
6438         }
6439         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6440         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6441         /*
6442          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6443          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6444          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6445          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6446          * disabled and enable it later
6447          */
6448         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6449                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6450         else
6451                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6452
6453         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6454                 nr_online_nodes,
6455                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6456                 vm_total_pages);
6457 #ifdef CONFIG_NUMA
6458         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6459 #endif
6460 }
6461
6462 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6463 static bool __meminit
6464 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6465 {
6466         static struct memblock_region *r;
6467
6468         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6469                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6470                         for_each_mem_region(r) {
6471                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6472                                         break;
6473                         }
6474                 }
6475                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6476                     memblock_is_mirror(r)) {
6477                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6478                         return true;
6479                 }
6480         }
6481         return false;
6482 }
6483
6484 /*
6485  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6486  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6487  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6488  *
6489  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6490  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6491  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6492  */
6493 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6494                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6495                 enum meminit_context context,
6496                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6497 {
6498         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6499         struct page *page;
6500
6501         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6502                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6503
6504 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6505         /*
6506          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6507          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6508          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6509          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6510          * the hotplug lock.
6511          */
6512         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6513                 if (!altmap)
6514                         return;
6515
6516                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6517                         start_pfn += altmap->reserve;
6518                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6519         }
6520 #endif
6521
6522         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6523                 /*
6524                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6525                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6526                  */
6527                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6528                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6529                                 continue;
6530                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6531                                 break;
6532                 }
6533
6534                 page = pfn_to_page(pfn);
6535                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6536                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6537                         __SetPageReserved(page);
6538
6539                 /*
6540                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6541                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6542                  * over the place during system boot.
6543                  */
6544                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6545                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6546                         cond_resched();
6547                 }
6548                 pfn++;
6549         }
6550 }
6551
6552 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6553 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6554                                    unsigned long start_pfn,
6555                                    unsigned long nr_pages,
6556                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6557 {
6558         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6559         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6560         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6561         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6562         unsigned long start = jiffies;
6563         int nid = pgdat->node_id;
6564
6565         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6566                 return;
6567
6568         /*
6569          * The call to memmap_init should have already taken care
6570          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6571          * the end of that region and start processing the device pages.
6572          */
6573         if (altmap) {
6574                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6575                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6576         }
6577
6578         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6579                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6580
6581                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6582
6583                 /*
6584                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6585                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6586                  *
6587                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6588                  * the flag as we are still initializing the pages.
6589                  */
6590                 __SetPageReserved(page);
6591
6592                 /*
6593                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6594                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6595                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6596                  */
6597                 page->pgmap = pgmap;
6598                 page->zone_device_data = NULL;
6599
6600                 /*
6601                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6602                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6603                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6604                  * the address space during boot when many long-lived
6605                  * kernel allocations are made.
6606                  *
6607                  * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6608                  * because this is done early in section_activate()
6609                  */
6610                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6611                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6612                         cond_resched();
6613                 }
6614         }
6615
6616         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6617                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6618 }
6619
6620 #endif
6621 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6622 {
6623         unsigned int order, t;
6624         for_each_migratetype_order(order, t) {
6625                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6626                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6627         }
6628 }
6629
6630 /*
6631  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6632  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6633  * memmap_init_zone_range().
6634  *
6635  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6636  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6637  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6638  *   arbitrary section size
6639  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6640  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6641  *   nicely with memmap sections
6642  *
6643  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6644  * - PG_Reserved is set
6645  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6646  *   hole is in the middle of a zone
6647  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6648  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6649  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6650  *   section that will be appended to the zone/node below.
6651  */
6652 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6653                                           unsigned long epfn,
6654                                           int zone, int node)
6655 {
6656         unsigned long pfn;
6657         u64 pgcnt = 0;
6658
6659         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6660                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6661                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6662                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6663                         continue;
6664                 }
6665                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6666                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6667                 pgcnt++;
6668         }
6669
6670         if (pgcnt)
6671                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6672                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6673 }
6674
6675 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6676                                           unsigned long start_pfn,
6677                                           unsigned long end_pfn,
6678                                           unsigned long *hole_pfn)
6679 {
6680         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6681         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6682         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6683
6684         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6685         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6686
6687         if (start_pfn >= end_pfn)
6688                 return;
6689
6690         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6691                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6692
6693         if (*hole_pfn < start_pfn)
6694                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6695
6696         *hole_pfn = end_pfn;
6697 }
6698
6699 static void __init memmap_init(void)
6700 {
6701         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6702         unsigned long hole_pfn = 0;
6703         int i, j, zone_id = 0, nid;
6704
6705         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6706                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6707
6708                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6709                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6710
6711                         if (!populated_zone(zone))
6712                                 continue;
6713
6714                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6715                                                &hole_pfn);
6716                         zone_id = j;
6717                 }
6718         }
6719
6720 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6721         /*
6722          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6723          * section_end].
6724          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6725          * node.
6726          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6727          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6728          * for FLATMEM it is a nop anyway
6729          */
6730         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6731         if (hole_pfn < end_pfn)
6732 #endif
6733                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
6734 }
6735
6736 void __init *memmap_alloc(phys_addr_t size, phys_addr_t align,
6737                           phys_addr_t min_addr, int nid, bool exact_nid)
6738 {
6739         void *ptr;
6740
6741         if (exact_nid)
6742                 ptr = memblock_alloc_exact_nid_raw(size, align, min_addr,
6743                                                    MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6744                                                    nid);
6745         else
6746                 ptr = memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, min_addr,
6747                                                  MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6748                                                  nid);
6749
6750         if (ptr && size > 0)
6751                 page_init_poison(ptr, size);
6752
6753         return ptr;
6754 }
6755
6756 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6757 {
6758 #ifdef CONFIG_MMU
6759         int batch;
6760
6761         /*
6762          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
6763          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
6764          * size is striking a balance between allocation latency
6765          * and zone lock contention.
6766          */
6767         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, (1024 * 1024) / PAGE_SIZE);
6768         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6769         if (batch < 1)
6770                 batch = 1;
6771
6772         /*
6773          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6774          * of 2 value was found to be more likely to have
6775          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6776          *
6777          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6778          * batches of pages, one task can end up with a lot
6779          * of pages of one half of the possible page colors
6780          * and the other with pages of the other colors.
6781          */
6782         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6783
6784         return batch;
6785
6786 #else
6787         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6788          * conditions.
6789          *
6790          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6791          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6792          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6793          *
6794          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6795          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6796          * can be a significant delay between the individual batches being
6797          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6798          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6799          */
6800         return 0;
6801 #endif
6802 }
6803
6804 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
6805 {
6806 #ifdef CONFIG_MMU
6807         int high;
6808         int nr_split_cpus;
6809         unsigned long total_pages;
6810
6811         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
6812                 /*
6813                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
6814                  * low watermark so that if they are full then background
6815                  * reclaim will not be started prematurely.
6816                  */
6817                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
6818         } else {
6819                 /*
6820                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
6821                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
6822                  * zone.
6823                  */
6824                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
6825         }
6826
6827         /*
6828          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
6829          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
6830          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
6831          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
6832          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
6833          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
6834          */
6835         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
6836         if (!nr_split_cpus)
6837                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
6838         high = total_pages / nr_split_cpus;
6839
6840         /*
6841          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
6842          * historical relationship between high and batch.
6843          */
6844         high = max(high, batch << 2);
6845
6846         return high;
6847 #else
6848         return 0;
6849 #endif
6850 }
6851
6852 /*
6853  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6854  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6855  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6856  *
6857  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6858  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6859  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6860  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6861  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6862  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6863  *
6864  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6865  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6866  * exist).
6867  */
6868 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6869                 unsigned long batch)
6870 {
6871         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6872         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6873 }
6874
6875 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
6876 {
6877         int pindex;
6878
6879         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
6880         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
6881
6882         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
6883                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
6884
6885         /*
6886          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6887          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6888          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6889          * pageset yet.
6890          */
6891         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6892         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6893         pcp->free_factor = 0;
6894 }
6895
6896 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6897                 unsigned long batch)
6898 {
6899         struct per_cpu_pages *pcp;
6900         int cpu;
6901
6902         for_each_possible_cpu(cpu) {
6903                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6904                 pageset_update(pcp, high, batch);
6905         }
6906 }
6907
6908 /*
6909  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6910  * zone based on the zone's size.
6911  */
6912 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
6913 {
6914         int new_high, new_batch;
6915
6916         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
6917         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
6918
6919         if (zone->pageset_high == new_high &&
6920             zone->pageset_batch == new_batch)
6921                 return;
6922
6923         zone->pageset_high = new_high;
6924         zone->pageset_batch = new_batch;
6925
6926         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
6927 }
6928
6929 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6930 {
6931         int cpu;
6932
6933         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
6934         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
6935                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
6936
6937         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
6938         for_each_possible_cpu(cpu) {
6939                 struct per_cpu_pages *pcp;
6940                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6941
6942                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6943                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6944                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
6945         }
6946
6947         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6948 }
6949
6950 /*
6951  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6952  * Before this call only boot pagesets were available.
6953  */
6954 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6955 {
6956         struct pglist_data *pgdat;
6957         struct zone *zone;
6958         int __maybe_unused cpu;
6959
6960         for_each_populated_zone(zone)
6961                 setup_zone_pageset(zone);
6962
6963 #ifdef CONFIG_NUMA
6964         /*
6965          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6966          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6967          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6968          * the nodes these zones are associated with.
6969          */
6970         for_each_possible_cpu(cpu) {
6971                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
6972                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
6973                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
6974         }
6975 #endif
6976
6977         for_each_online_pgdat(pgdat)
6978                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6979                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6980 }
6981
6982 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6983 {
6984         /*
6985          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6986          * relies on the ability of the linker to provide the
6987          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6988          */
6989         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
6990         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
6991         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6992         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6993
6994         if (populated_zone(zone))
6995                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
6996                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
6997 }
6998
6999 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
7000                                         unsigned long zone_start_pfn,
7001                                         unsigned long size)
7002 {
7003         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
7004         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
7005
7006         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
7007                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
7008
7009         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7010
7011         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
7012                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
7013                         pgdat->node_id,
7014                         (unsigned long)zone_idx(zone),
7015                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7016
7017         zone_init_free_lists(zone);
7018         zone->initialized = 1;
7019 }
7020
7021 /**
7022  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7023  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7024  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7025  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7026  *
7027  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7028  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7029  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7030  * PFNs will be 0.
7031  */
7032 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7033                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7034 {
7035         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7036         int i;
7037
7038         *start_pfn = -1UL;
7039         *end_pfn = 0;
7040
7041         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7042                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7043                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7044         }
7045
7046         if (*start_pfn == -1UL)
7047                 *start_pfn = 0;
7048 }
7049
7050 /*
7051  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7052  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7053  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7054  */
7055 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7056 {
7057         int zone_index;
7058         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7059                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7060                         continue;
7061
7062                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7063                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7064                         break;
7065         }
7066
7067         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7068         movable_zone = zone_index;
7069 }
7070
7071 /*
7072  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7073  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7074  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7075  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7076  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7077  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7078  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7079  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7080  */
7081 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7082                                         unsigned long zone_type,
7083                                         unsigned long node_start_pfn,
7084                                         unsigned long node_end_pfn,
7085                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7086                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7087 {
7088         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7089         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7090                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7091                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7092                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7093                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7094                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7095
7096                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7097                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7098                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7099                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7100                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7101
7102                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7103                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7104                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7105         }
7106 }
7107
7108 /*
7109  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7110  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7111  */
7112 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7113                                         unsigned long zone_type,
7114                                         unsigned long node_start_pfn,
7115                                         unsigned long node_end_pfn,
7116                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7117                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7118 {
7119         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7120         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7121         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7122         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7123                 return 0;
7124
7125         /* Get the start and end of the zone */
7126         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7127         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7128         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7129                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7130                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7131
7132         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7133         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7134                 return 0;
7135
7136         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7137         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7138         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7139
7140         /* Return the spanned pages */
7141         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7142 }
7143
7144 /*
7145  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7146  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7147  */
7148 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7149                                 unsigned long range_start_pfn,
7150                                 unsigned long range_end_pfn)
7151 {
7152         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7153         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7154         int i;
7155
7156         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7157                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7158                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7159                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7160         }
7161         return nr_absent;
7162 }
7163
7164 /**
7165  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7166  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7167  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7168  *
7169  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7170  */
7171 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7172                                                         unsigned long end_pfn)
7173 {
7174         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7175 }
7176
7177 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7178 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7179                                         unsigned long zone_type,
7180                                         unsigned long node_start_pfn,
7181                                         unsigned long node_end_pfn)
7182 {
7183         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7184         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7185         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7186         unsigned long nr_absent;
7187
7188         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7189         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7190                 return 0;
7191
7192         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7193         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7194
7195         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7196                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7197                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7198         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7199
7200         /*
7201          * ZONE_MOVABLE handling.
7202          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7203          * and vice versa.
7204          */
7205         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7206                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7207                 struct memblock_region *r;
7208
7209                 for_each_mem_region(r) {
7210                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7211                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7212                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7213                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7214
7215                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7216                             memblock_is_mirror(r))
7217                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7218
7219                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7220                             !memblock_is_mirror(r))
7221                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7222                 }
7223         }
7224
7225         return nr_absent;
7226 }
7227
7228 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7229                                                 unsigned long node_start_pfn,
7230                                                 unsigned long node_end_pfn)
7231 {
7232         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7233         enum zone_type i;
7234
7235         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7236                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7237                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7238                 unsigned long spanned, absent;
7239                 unsigned long size, real_size;
7240
7241                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7242                                                      node_start_pfn,
7243                                                      node_end_pfn,
7244                                                      &zone_start_pfn,
7245                                                      &zone_end_pfn);
7246                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7247                                                    node_start_pfn,
7248                                                    node_end_pfn);
7249
7250                 size = spanned;
7251                 real_size = size - absent;
7252
7253                 if (size)
7254                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7255                 else
7256                         zone->zone_start_pfn = 0;
7257                 zone->spanned_pages = size;
7258                 zone->present_pages = real_size;
7259 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
7260                 zone->present_early_pages = real_size;
7261 #endif
7262
7263                 totalpages += size;
7264                 realtotalpages += real_size;
7265         }
7266
7267         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7268         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7269         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7270 }
7271
7272 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7273 /*
7274  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7275  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7276  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7277  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7278  * bytes.
7279  */
7280 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7281 {
7282         unsigned long usemapsize;
7283
7284         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7285         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7286         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7287         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7288         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7289
7290         return usemapsize / 8;
7291 }
7292
7293 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7294 {
7295         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7296                                                zone->spanned_pages);
7297         zone->pageblock_flags = NULL;
7298         if (usemapsize) {
7299                 zone->pageblock_flags =
7300                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7301                                             zone_to_nid(zone));
7302                 if (!zone->pageblock_flags)
7303                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7304                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7305         }
7306 }
7307 #else
7308 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7309 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7310
7311 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7312
7313 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7314 void __init set_pageblock_order(void)
7315 {
7316         unsigned int order;
7317
7318         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7319         if (pageblock_order)
7320                 return;
7321
7322         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
7323                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7324         else
7325                 order = MAX_ORDER - 1;
7326
7327         /*
7328          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7329          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7330          * powerpc.
7331          */
7332         pageblock_order = order;
7333 }
7334 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7335
7336 /*
7337  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7338  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7339  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7340  * the kernel config
7341  */
7342 void __init set_pageblock_order(void)
7343 {
7344 }
7345
7346 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7347
7348 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7349                                                 unsigned long present_pages)
7350 {
7351         unsigned long pages = spanned_pages;
7352
7353         /*
7354          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7355          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7356          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7357          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7358          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7359          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7360          */
7361         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7362             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7363                 pages = present_pages;
7364
7365         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7366 }
7367
7368 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7369 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7370 {
7371         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7372
7373         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7374         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7375         ds_queue->split_queue_len = 0;
7376 }
7377 #else
7378 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7379 #endif
7380
7381 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7382 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7383 {
7384         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7385 }
7386 #else
7387 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7388 #endif
7389
7390 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7391 {
7392         pgdat_resize_init(pgdat);
7393
7394         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7395         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7396
7397         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7398         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7399
7400         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7401         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7402 }
7403
7404 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7405                                                         unsigned long remaining_pages)
7406 {
7407         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7408         zone_set_nid(zone, nid);
7409         zone->name = zone_names[idx];
7410         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7411         spin_lock_init(&zone->lock);
7412         zone_seqlock_init(zone);
7413         zone_pcp_init(zone);
7414 }
7415
7416 /*
7417  * Set up the zone data structures
7418  * - init pgdat internals
7419  * - init all zones belonging to this node
7420  *
7421  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7422  */
7423 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7424 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
7425 {
7426         enum zone_type z;
7427         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7428
7429         pgdat_init_internals(pgdat);
7430         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7431                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7432 }
7433 #endif
7434
7435 /*
7436  * Set up the zone data structures:
7437  *   - mark all pages reserved
7438  *   - mark all memory queues empty
7439  *   - clear the memory bitmaps
7440  *
7441  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7442  * NOTE: this function is only called during early init.
7443  */
7444 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7445 {
7446         enum zone_type j;
7447         int nid = pgdat->node_id;
7448
7449         pgdat_init_internals(pgdat);
7450         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7451
7452         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7453                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7454                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7455
7456                 size = zone->spanned_pages;
7457                 freesize = zone->present_pages;
7458
7459                 /*
7460                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7461                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7462                  * and per-cpu initialisations
7463                  */
7464                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7465                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7466                         if (freesize >= memmap_pages) {
7467                                 freesize -= memmap_pages;
7468                                 if (memmap_pages)
7469                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7470                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7471                         } else
7472                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7473                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7474                 }
7475
7476                 /* Account for reserved pages */
7477                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7478                         freesize -= dma_reserve;
7479                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7480                 }
7481
7482                 if (!is_highmem_idx(j))
7483                         nr_kernel_pages += freesize;
7484                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7485                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7486                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7487                 nr_all_pages += freesize;
7488
7489                 /*
7490                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7491                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7492                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7493                  */
7494                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7495
7496                 if (!size)
7497                         continue;
7498
7499                 set_pageblock_order();
7500                 setup_usemap(zone);
7501                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7502         }
7503 }
7504
7505 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7506 static void __init alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7507 {
7508         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7509         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7510
7511         /* Skip empty nodes */
7512         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7513                 return;
7514
7515         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7516         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7517         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7518         if (!pgdat->node_mem_map) {
7519                 unsigned long size, end;
7520                 struct page *map;
7521
7522                 /*
7523                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7524                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7525                  * for the buddy allocator to function correctly.
7526                  */
7527                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7528                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7529                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7530                 map = memmap_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES, MEMBLOCK_LOW_LIMIT,
7531                                    pgdat->node_id, false);
7532                 if (!map)
7533                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7534                               size, pgdat->node_id);
7535                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7536         }
7537         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7538                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7539                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7540 #ifndef CONFIG_NUMA
7541         /*
7542          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7543          */
7544         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7545                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7546                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7547                         mem_map -= offset;
7548         }
7549 #endif
7550 }
7551 #else
7552 static inline void alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7553 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7554
7555 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7556 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7557 {
7558         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7559 }
7560 #else
7561 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7562 #endif
7563
7564 static void __init free_area_init_node(int nid)
7565 {
7566         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7567         unsigned long start_pfn = 0;
7568         unsigned long end_pfn = 0;
7569
7570         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7571         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7572
7573         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7574
7575         pgdat->node_id = nid;
7576         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7577         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7578
7579         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7580                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7581                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7582         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7583
7584         alloc_node_mem_map(pgdat);
7585         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7586
7587         free_area_init_core(pgdat);
7588 }
7589
7590 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7591 {
7592         free_area_init_node(nid);
7593 }
7594
7595 #if MAX_NUMNODES > 1
7596 /*
7597  * Figure out the number of possible node ids.
7598  */
7599 void __init setup_nr_node_ids(void)
7600 {
7601         unsigned int highest;
7602
7603         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7604         nr_node_ids = highest + 1;
7605 }
7606 #endif
7607
7608 /**
7609  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7610  *
7611  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7612  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7613  * all the nodes.
7614  *
7615  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7616  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7617  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7618  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7619  *
7620  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7621  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7622  * populated node map.
7623  *
7624  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7625  * requirement (single node).
7626  */
7627 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7628 {
7629         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7630         unsigned long start, end, mask;
7631         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7632         int i, nid;
7633
7634         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7635                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7636                         last_nid = nid;
7637                         last_end = end;
7638                         continue;
7639                 }
7640
7641                 /*
7642                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7643                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7644                  * too coarse to separate the current node from the last.
7645                  */
7646                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7647                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7648                         mask <<= 1;
7649
7650                 /* accumulate all internode masks */
7651                 accl_mask |= mask;
7652         }
7653
7654         /* convert mask to number of pages */
7655         return ~accl_mask + 1;
7656 }
7657
7658 /**
7659  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7660  *
7661  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7662  * memblock_set_node().
7663  */
7664 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7665 {
7666         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7667 }
7668
7669 /*
7670  * early_calculate_totalpages()
7671  * Sum pages in active regions for movable zone.
7672  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7673  */
7674 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7675 {
7676         unsigned long totalpages = 0;
7677         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7678         int i, nid;
7679
7680         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7681                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7682
7683                 totalpages += pages;
7684                 if (pages)
7685                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7686         }
7687         return totalpages;
7688 }
7689
7690 /*
7691  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7692  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7693  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7694  * others
7695  */
7696 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7697 {
7698         int i, nid;
7699         unsigned long usable_startpfn;
7700         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7701         /* save the state before borrow the nodemask */
7702         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7703         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7704         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7705         struct memblock_region *r;
7706
7707         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7708         find_usable_zone_for_movable();
7709
7710         /*
7711          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7712          * options.
7713          */
7714         if (movable_node_is_enabled()) {
7715                 for_each_mem_region(r) {
7716                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7717                                 continue;
7718
7719                         nid = memblock_get_region_node(r);
7720
7721                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7722                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7723                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7724                                 usable_startpfn;
7725                 }
7726
7727                 goto out2;
7728         }
7729
7730         /*
7731          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7732          */
7733         if (mirrored_kernelcore) {
7734                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7735
7736                 for_each_mem_region(r) {
7737                         if (memblock_is_mirror(r))
7738                                 continue;
7739
7740                         nid = memblock_get_region_node(r);
7741
7742                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7743
7744                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7745                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7746                                 continue;
7747                         }
7748
7749                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7750                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7751                                 usable_startpfn;
7752                 }
7753
7754                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7755                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7756
7757                 goto out2;
7758         }
7759
7760         /*
7761          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7762          * amount of necessary memory.
7763          */
7764         if (required_kernelcore_percent)
7765                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7766                                        10000UL;
7767         if (required_movablecore_percent)
7768                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7769                                         10000UL;
7770
7771         /*
7772          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7773          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7774          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7775          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7776          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7777          * what movablecore would have allowed.
7778          */
7779         if (required_movablecore) {
7780                 unsigned long corepages;
7781
7782                 /*
7783                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7784                  * was requested by the user
7785                  */
7786                 required_movablecore =
7787                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7788                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7789                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7790
7791                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7792         }
7793
7794         /*
7795          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7796          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7797          */
7798         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7799                 goto out;
7800
7801         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7802         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7803
7804 restart:
7805         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7806         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7807         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7808                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7809
7810                 /*
7811                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7812                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7813                  * amount of memory for the kernel
7814                  */
7815                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7816                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7817
7818                 /*
7819                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7820                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7821                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7822                  */
7823                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7824
7825                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7826                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7827                         unsigned long size_pages;
7828
7829                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7830                         if (start_pfn >= end_pfn)
7831                                 continue;
7832
7833                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7834                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7835                                 unsigned long kernel_pages;
7836                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7837                                                                 - start_pfn;
7838
7839                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7840                                                         kernelcore_remaining);
7841                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7842                                                         required_kernelcore);
7843
7844                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7845                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7846
7847                                         /*
7848                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7849                                          * that if we have to rebalance
7850                                          * kernelcore across nodes, we will
7851                                          * not double account here
7852                                          */
7853                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7854                                         continue;
7855                                 }
7856                                 start_pfn = usable_startpfn;
7857                         }
7858
7859                         /*
7860                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7861                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7862                          * number of pages used as kernelcore
7863                          */
7864                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7865                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7866                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7867                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7868
7869                         /*
7870                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7871                          * break if the kernelcore for this node has been
7872                          * satisfied
7873                          */
7874                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7875                                                                 size_pages);
7876                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7877                         if (!kernelcore_remaining)
7878                                 break;
7879                 }
7880         }
7881
7882         /*
7883          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7884          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7885          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7886          * satisfied
7887          */
7888         usable_nodes--;
7889         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7890                 goto restart;
7891
7892 out2:
7893         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7894         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7895                 zone_movable_pfn[nid] =
7896                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7897
7898 out:
7899         /* restore the node_state */
7900         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7901 }
7902
7903 /* Any regular or high memory on that node ? */
7904 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7905 {
7906         enum zone_type zone_type;
7907
7908         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7909                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7910                 if (populated_zone(zone)) {
7911                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7912                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7913                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7914                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7915                         break;
7916                 }
7917         }
7918 }
7919
7920 /*
7921  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7922  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7923  */
7924 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7925 {
7926         return false;
7927 }
7928
7929 /**
7930  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7931  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7932  *
7933  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7934  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7935  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7936  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7937  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7938  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7939  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7940  * at arch_max_dma_pfn.
7941  */
7942 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7943 {
7944         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7945         int i, nid, zone;
7946         bool descending;
7947
7948         /* Record where the zone boundaries are */
7949         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7950                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7951         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7952                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7953
7954         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7955         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7956
7957         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7958                 if (descending)
7959                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7960                 else
7961                         zone = i;
7962
7963                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7964                         continue;
7965
7966                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7967                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7968                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7969
7970                 start_pfn = end_pfn;
7971         }
7972
7973         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7974         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7975         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7976
7977         /* Print out the zone ranges */
7978         pr_info("Zone ranges:\n");
7979         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7980                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7981                         continue;
7982                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7983                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7984                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7985                         pr_cont("empty\n");
7986                 else
7987                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7988                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7989                                         << PAGE_SHIFT,
7990                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7991                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7992         }
7993
7994         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7995         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7996         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7997                 if (zone_movable_pfn[i])
7998                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7999                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
8000         }
8001
8002         /*
8003          * Print out the early node map, and initialize the
8004          * subsection-map relative to active online memory ranges to
8005          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
8006          */
8007         pr_info("Early memory node ranges\n");
8008         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8009                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
8010                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
8011                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
8012                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
8013         }
8014
8015         /* Initialise every node */
8016         mminit_verify_pageflags_layout();
8017         setup_nr_node_ids();
8018         for_each_online_node(nid) {
8019                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
8020                 free_area_init_node(nid);
8021
8022                 /* Any memory on that node */
8023                 if (pgdat->node_present_pages)
8024                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8025                 check_for_memory(pgdat, nid);
8026         }
8027
8028         memmap_init();
8029 }
8030
8031 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8032                                      unsigned long *percent)
8033 {
8034         unsigned long long coremem;
8035         char *endptr;
8036
8037         if (!p)
8038                 return -EINVAL;
8039
8040         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8041         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8042         if (*endptr == '%') {
8043                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8044                 WARN_ON(coremem > 100);
8045
8046                 *percent = coremem;
8047         } else {
8048                 coremem = memparse(p, &p);
8049                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8050                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8051
8052                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8053                 *percent = 0UL;
8054         }
8055         return 0;
8056 }
8057
8058 /*
8059  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8060  * cannot be reclaimed or migrated.
8061  */
8062 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8063 {
8064         /* parse kernelcore=mirror */
8065         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8066                 mirrored_kernelcore = true;
8067                 return 0;
8068         }
8069
8070         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8071                                   &required_kernelcore_percent);
8072 }
8073
8074 /*
8075  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8076  * can be reclaimed or migrated.
8077  */
8078 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8079 {
8080         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8081                                   &required_movablecore_percent);
8082 }
8083
8084 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8085 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8086
8087 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8088 {
8089         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8090         totalram_pages_add(count);
8091 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8092         if (PageHighMem(page))
8093                 totalhigh_pages_add(count);
8094 #endif
8095 }
8096 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8097
8098 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8099 {
8100         void *pos;
8101         unsigned long pages = 0;
8102
8103         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8104         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8105         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8106                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8107                 void *direct_map_addr;
8108
8109                 /*
8110                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8111                  * because some architectures' virt_to_page()
8112                  * work with aliases.  Getting the direct map
8113                  * address ensures that we get a _writeable_
8114                  * alias for the memset().
8115                  */
8116                 direct_map_addr = page_address(page);
8117                 /*
8118                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8119                  * has not been initialized.
8120                  */
8121                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8122                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8123                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8124
8125                 free_reserved_page(page);
8126         }
8127
8128         if (pages && s)
8129                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
8130                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
8131
8132         return pages;
8133 }
8134
8135 void __init mem_init_print_info(void)
8136 {
8137         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8138         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8139
8140         physpages = get_num_physpages();
8141         codesize = _etext - _stext;
8142         datasize = _edata - _sdata;
8143         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8144         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8145         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8146         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8147
8148         /*
8149          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8150          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8151          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8152          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8153          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8154          */
8155 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8156         do { \
8157                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
8158                         size -= adj; \
8159         } while (0)
8160
8161         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8162                      _sinittext, init_code_size);
8163         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8164         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8165         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8166         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8167
8168 #undef  adj_init_size
8169
8170         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8171 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8172                 ", %luK highmem"
8173 #endif
8174                 ")\n",
8175                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
8176                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
8177                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
8178                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
8179                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
8180                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10)
8181 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8182                 , totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10)
8183 #endif
8184                 );
8185 }
8186
8187 /**
8188  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8189  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8190  *
8191  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8192  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8193  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8194  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8195  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8196  * smaller per-cpu batchsize.
8197  */
8198 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8199 {
8200         dma_reserve = new_dma_reserve;
8201 }
8202
8203 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8204 {
8205         struct zone *zone;
8206
8207         lru_add_drain_cpu(cpu);
8208         drain_pages(cpu);
8209
8210         /*
8211          * Spill the event counters of the dead processor
8212          * into the current processors event counters.
8213          * This artificially elevates the count of the current
8214          * processor.
8215          */
8216         vm_events_fold_cpu(cpu);
8217
8218         /*
8219          * Zero the differential counters of the dead processor
8220          * so that the vm statistics are consistent.
8221          *
8222          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8223          * race with what we are doing.
8224          */
8225         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8226
8227         for_each_populated_zone(zone)
8228                 zone_pcp_update(zone, 0);
8229
8230         return 0;
8231 }
8232
8233 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8234 {
8235         struct zone *zone;
8236
8237         for_each_populated_zone(zone)
8238                 zone_pcp_update(zone, 1);
8239         return 0;
8240 }
8241
8242 #ifdef CONFIG_NUMA
8243 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8244
8245 static int __init set_hashdist(char *str)
8246 {
8247         if (!str)
8248                 return 0;
8249         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8250         return 1;
8251 }
8252 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8253 #endif
8254
8255 void __init page_alloc_init(void)
8256 {
8257         int ret;
8258
8259 #ifdef CONFIG_NUMA
8260         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8261                 hashdist = 0;
8262 #endif
8263
8264         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8265                                         "mm/page_alloc:pcp",
8266                                         page_alloc_cpu_online,
8267                                         page_alloc_cpu_dead);
8268         WARN_ON(ret < 0);
8269 }
8270
8271 /*
8272  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8273  *      or min_free_kbytes changes.
8274  */
8275 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8276 {
8277         struct pglist_data *pgdat;
8278         unsigned long reserve_pages = 0;
8279         enum zone_type i, j;
8280
8281         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8282
8283                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8284
8285                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8286                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8287                         long max = 0;
8288                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8289
8290                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8291                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8292                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8293                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8294                         }
8295
8296                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8297                         max += high_wmark_pages(zone);
8298
8299                         if (max > managed_pages)
8300                                 max = managed_pages;
8301
8302                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8303
8304                         reserve_pages += max;
8305                 }
8306         }
8307         totalreserve_pages = reserve_pages;
8308 }
8309
8310 /*
8311  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8312  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8313  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8314  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8315  */
8316 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8317 {
8318         struct pglist_data *pgdat;
8319         enum zone_type i, j;
8320
8321         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8322                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8323                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8324                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8325                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8326                         unsigned long managed_pages = 0;
8327
8328                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8329                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8330
8331                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8332
8333                                 if (clear)
8334                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8335                                 else
8336                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8337                         }
8338                 }
8339         }
8340
8341         /* update totalreserve_pages */
8342         calculate_totalreserve_pages();
8343 }
8344
8345 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8346 {
8347         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8348         unsigned long lowmem_pages = 0;
8349         struct zone *zone;
8350         unsigned long flags;
8351
8352         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8353         for_each_zone(zone) {
8354                 if (!is_highmem(zone))
8355                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8356         }
8357
8358         for_each_zone(zone) {
8359                 u64 tmp;
8360
8361                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8362                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8363                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8364                 if (is_highmem(zone)) {
8365                         /*
8366                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8367                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8368                          * value here.
8369                          *
8370                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8371                          * deltas control async page reclaim, and so should
8372                          * not be capped for highmem.
8373                          */
8374                         unsigned long min_pages;
8375
8376                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8377                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8378                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8379                 } else {
8380                         /*
8381                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8382                          * proportionate to the zone's size.
8383                          */
8384                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8385                 }
8386
8387                 /*
8388                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8389                  * scale factor in proportion to available memory, but
8390                  * ensure a minimum size on small systems.
8391                  */
8392                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8393                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8394                                       watermark_scale_factor, 10000));
8395
8396                 zone->watermark_boost = 0;
8397                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8398                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
8399
8400                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8401         }
8402
8403         /* update totalreserve_pages */
8404         calculate_totalreserve_pages();
8405 }
8406
8407 /**
8408  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8409  * or when memory is hot-{added|removed}
8410  *
8411  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8412  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8413  */
8414 void setup_per_zone_wmarks(void)
8415 {
8416         struct zone *zone;
8417         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8418
8419         spin_lock(&lock);
8420         __setup_per_zone_wmarks();
8421         spin_unlock(&lock);
8422
8423         /*
8424          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8425          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8426          */
8427         for_each_zone(zone)
8428                 zone_pcp_update(zone, 0);
8429 }
8430
8431 /*
8432  * Initialise min_free_kbytes.
8433  *
8434  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8435  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8436  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8437  *
8438  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8439  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8440  *
8441  * which yields
8442  *
8443  * 16MB:        512k
8444  * 32MB:        724k
8445  * 64MB:        1024k
8446  * 128MB:       1448k
8447  * 256MB:       2048k
8448  * 512MB:       2896k
8449  * 1024MB:      4096k
8450  * 2048MB:      5792k
8451  * 4096MB:      8192k
8452  * 8192MB:      11584k
8453  * 16384MB:     16384k
8454  */
8455 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8456 {
8457         unsigned long lowmem_kbytes;
8458         int new_min_free_kbytes;
8459
8460         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8461         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8462
8463         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
8464                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
8465                 if (min_free_kbytes < 128)
8466                         min_free_kbytes = 128;
8467                 if (min_free_kbytes > 262144)
8468                         min_free_kbytes = 262144;
8469         } else {
8470                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8471                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8472         }
8473         setup_per_zone_wmarks();
8474         refresh_zone_stat_thresholds();
8475         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8476
8477 #ifdef CONFIG_NUMA
8478         setup_min_unmapped_ratio();
8479         setup_min_slab_ratio();
8480 #endif
8481
8482         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8483
8484         return 0;
8485 }
8486 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8487
8488 /*
8489  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8490  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8491  *      changes.
8492  */
8493 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8494                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8495 {
8496         int rc;
8497
8498         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8499         if (rc)
8500                 return rc;
8501
8502         if (write) {
8503                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8504                 setup_per_zone_wmarks();
8505         }
8506         return 0;
8507 }
8508
8509 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8510                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8511 {
8512         int rc;
8513
8514         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8515         if (rc)
8516                 return rc;
8517
8518         if (write)
8519                 setup_per_zone_wmarks();
8520
8521         return 0;
8522 }
8523
8524 #ifdef CONFIG_NUMA
8525 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8526 {
8527         pg_data_t *pgdat;
8528         struct zone *zone;
8529
8530         for_each_online_pgdat(pgdat)
8531                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8532
8533         for_each_zone(zone)
8534                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8535                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8536 }
8537
8538
8539 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8540                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8541 {
8542         int rc;
8543
8544         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8545         if (rc)
8546                 return rc;
8547
8548         setup_min_unmapped_ratio();
8549
8550         return 0;
8551 }
8552
8553 static void setup_min_slab_ratio(void)
8554 {
8555         pg_data_t *pgdat;
8556         struct zone *zone;
8557
8558         for_each_online_pgdat(pgdat)
8559                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8560
8561         for_each_zone(zone)
8562                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8563                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8564 }
8565
8566 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8567                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8568 {
8569         int rc;
8570
8571         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8572         if (rc)
8573                 return rc;
8574
8575         setup_min_slab_ratio();
8576
8577         return 0;
8578 }
8579 #endif
8580
8581 /*
8582  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8583  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8584  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8585  *
8586  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8587  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8588  * if in function of the boot time zone sizes.
8589  */
8590 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8591                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8592 {
8593         int i;
8594
8595         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8596
8597         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8598                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8599                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8600         }
8601
8602         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8603         return 0;
8604 }
8605
8606 /*
8607  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8608  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8609  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8610  */
8611 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
8612                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8613 {
8614         struct zone *zone;
8615         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
8616         int ret;
8617
8618         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8619         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
8620
8621         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8622         if (!write || ret < 0)
8623                 goto out;
8624
8625         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8626         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
8627             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
8628                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
8629                 ret = -EINVAL;
8630                 goto out;
8631         }
8632
8633         /* No change? */
8634         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
8635                 goto out;
8636
8637         for_each_populated_zone(zone)
8638                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
8639 out:
8640         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8641         return ret;
8642 }
8643
8644 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8645 /*
8646  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8647  * is not known to alloc_large_system_hash().
8648  */
8649 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8650 {
8651         return 0;
8652 }
8653 #endif
8654
8655 /*
8656  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8657  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8658  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8659  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8660  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8661  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8662  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8663  */
8664 #if __BITS_PER_LONG > 32
8665 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8666 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8667 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8668 #endif
8669
8670 /*
8671  * allocate a large system hash table from bootmem
8672  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8673  *   quantity of entries
8674  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8675  */
8676 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8677                                      unsigned long bucketsize,
8678                                      unsigned long numentries,
8679                                      int scale,
8680                                      int flags,
8681                                      unsigned int *_hash_shift,
8682                                      unsigned int *_hash_mask,
8683                                      unsigned long low_limit,
8684                                      unsigned long high_limit)
8685 {
8686         unsigned long long max = high_limit;
8687         unsigned long log2qty, size;
8688         void *table = NULL;
8689         gfp_t gfp_flags;
8690         bool virt;
8691         bool huge;
8692
8693         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8694         if (!numentries) {
8695                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8696                 numentries = nr_kernel_pages;
8697                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8698
8699                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8700                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8701                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8702
8703 #if __BITS_PER_LONG > 32
8704                 if (!high_limit) {
8705                         unsigned long adapt;
8706
8707                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8708                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8709                                 scale++;
8710                 }
8711 #endif
8712
8713                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8714                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8715                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8716                 else
8717                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8718
8719                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8720                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8721                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8722                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8723                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8724                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8725                                 BUG_ON(!numentries);
8726                         }
8727                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8728                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8729         }
8730         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8731
8732         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8733         if (max == 0) {
8734                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8735                 do_div(max, bucketsize);
8736         }
8737         max = min(max, 0x80000000ULL);
8738
8739         if (numentries < low_limit)
8740                 numentries = low_limit;
8741         if (numentries > max)
8742                 numentries = max;
8743
8744         log2qty = ilog2(numentries);
8745
8746         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8747         do {
8748                 virt = false;
8749                 size = bucketsize << log2qty;
8750                 if (flags & HASH_EARLY) {
8751                         if (flags & HASH_ZERO)
8752                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8753                         else
8754                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8755                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8756                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8757                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8758                         virt = true;
8759                         huge = is_vm_area_hugepages(table);
8760                 } else {
8761                         /*
8762                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8763                          * some pages at the end of hash table which
8764                          * alloc_pages_exact() automatically does
8765                          */
8766                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8767                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8768                 }
8769         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8770
8771         if (!table)
8772                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8773
8774         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8775                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8776                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
8777
8778         if (_hash_shift)
8779                 *_hash_shift = log2qty;
8780         if (_hash_mask)
8781                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8782
8783         return table;
8784 }
8785
8786 /*
8787  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8788  *
8789  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8790  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8791  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8792  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8793  *
8794  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8795  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8796  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8797  *
8798  */
8799 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8800                                  int migratetype, int flags)
8801 {
8802         unsigned long iter = 0;
8803         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8804         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8805
8806         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8807                 /*
8808                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8809                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8810                  * so consider them movable here.
8811                  */
8812                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8813                         return NULL;
8814
8815                 return page;
8816         }
8817
8818         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8819                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8820
8821                 /*
8822                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8823                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8824                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8825                  * specifying "movablecore".
8826                  */
8827                 if (PageReserved(page))
8828                         return page;
8829
8830                 /*
8831                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8832                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8833                  * is movable.
8834                  */
8835                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8836                         continue;
8837
8838                 /*
8839                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8840                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8841                  * We need not scan over tail pages because we don't
8842                  * handle each tail page individually in migration.
8843                  */
8844                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8845                         struct page *head = compound_head(page);
8846                         unsigned int skip_pages;
8847
8848                         if (PageHuge(page)) {
8849                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8850                                         return page;
8851                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8852                                 return page;
8853                         }
8854
8855                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8856                         iter += skip_pages - 1;
8857                         continue;
8858                 }
8859
8860                 /*
8861                  * We can't use page_count without pin a page
8862                  * because another CPU can free compound page.
8863                  * This check already skips compound tails of THP
8864                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8865                  */
8866                 if (!page_ref_count(page)) {
8867                         if (PageBuddy(page))
8868                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8869                         continue;
8870                 }
8871
8872                 /*
8873                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8874                  * page_count() is not 0.
8875                  */
8876                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8877                         continue;
8878
8879                 /*
8880                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8881                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8882                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8883                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8884                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8885                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8886                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8887                  * (false negatives in this function only)
8888                  */
8889                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8890                         continue;
8891
8892                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8893                         continue;
8894
8895                 /*
8896                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8897                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8898                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8899                  */
8900                 return page;
8901         }
8902         return NULL;
8903 }
8904
8905 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8906 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8907 {
8908         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8909                              pageblock_nr_pages) - 1);
8910 }
8911
8912 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8913 {
8914         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8915                                 pageblock_nr_pages));
8916 }
8917
8918 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
8919         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
8920 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
8921 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8922 {
8923         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
8924
8925         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
8926                 struct page *page;
8927
8928                 dump_stack();
8929                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
8930                         dump_page(page, "migration failure");
8931         }
8932 }
8933 #else
8934 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8935 {
8936 }
8937 #endif
8938
8939 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8940 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8941                                         unsigned long start, unsigned long end)
8942 {
8943         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8944         unsigned int nr_reclaimed;
8945         unsigned long pfn = start;
8946         unsigned int tries = 0;
8947         int ret = 0;
8948         struct migration_target_control mtc = {
8949                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
8950                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
8951         };
8952
8953         lru_cache_disable();
8954
8955         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8956                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8957                         ret = -EINTR;
8958                         break;
8959                 }
8960
8961                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8962                         cc->nr_migratepages = 0;
8963                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8964                         if (ret && ret != -EAGAIN)
8965                                 break;
8966                         pfn = cc->migrate_pfn;
8967                         tries = 0;
8968                 } else if (++tries == 5) {
8969                         ret = -EBUSY;
8970                         break;
8971                 }
8972
8973                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8974                                                         &cc->migratepages);
8975                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8976
8977                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
8978                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
8979
8980                 /*
8981                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
8982                  * to retry again over this error, so do the same here.
8983                  */
8984                 if (ret == -ENOMEM)
8985                         break;
8986         }
8987
8988         lru_cache_enable();
8989         if (ret < 0) {
8990                 if (ret == -EBUSY)
8991                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
8992                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8993                 return ret;
8994         }
8995         return 0;
8996 }
8997
8998 /**
8999  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
9000  * @start:      start PFN to allocate
9001  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
9002  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
9003  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
9004  *                      in range must have the same migratetype and it must
9005  *                      be either of the two.
9006  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
9007  *
9008  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
9009  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
9010  *
9011  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
9012  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
9013  * be modified by others.
9014  *
9015  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9016  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9017  * need to be freed with free_contig_range().
9018  */
9019 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9020                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9021 {
9022         unsigned long outer_start, outer_end;
9023         unsigned int order;
9024         int ret = 0;
9025
9026         struct compact_control cc = {
9027                 .nr_migratepages = 0,
9028                 .order = -1,
9029                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9030                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9031                 .ignore_skip_hint = true,
9032                 .no_set_skip_hint = true,
9033                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9034                 .alloc_contig = true,
9035         };
9036         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9037
9038         /*
9039          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9040          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9041          * have different sizes, and due to the way page allocator
9042          * work, we align the range to biggest of the two pages so
9043          * that page allocator won't try to merge buddies from
9044          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
9045          * other migration type.
9046          *
9047          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9048          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9049          * we are interested in).  This will put all the pages in
9050          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9051          *
9052          * When this is done, we take the pages in range from page
9053          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9054          * page allocator will never consider using them.
9055          *
9056          * This lets us mark the pageblocks back as
9057          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9058          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9059          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9060          */
9061
9062         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9063                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
9064         if (ret)
9065                 return ret;
9066
9067         drain_all_pages(cc.zone);
9068
9069         /*
9070          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9071          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9072          * which will report the busy page.
9073          *
9074          * It is possible that busy pages could become available before
9075          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9076          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9077          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9078          */
9079         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9080         if (ret && ret != -EBUSY)
9081                 goto done;
9082         ret = 0;
9083
9084         /*
9085          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
9086          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9087          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9088          * What we are going to do is to allocate all pages from
9089          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9090          *
9091          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9092          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9093          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9094          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9095          * once this is done free the pages we are not interested in.
9096          *
9097          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9098          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9099          */
9100
9101         order = 0;
9102         outer_start = start;
9103         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9104                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9105                         outer_start = start;
9106                         break;
9107                 }
9108                 outer_start &= ~0UL << order;
9109         }
9110
9111         if (outer_start != start) {
9112                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9113
9114                 /*
9115                  * outer_start page could be small order buddy page and
9116                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9117                  * in this case to report failed page properly
9118                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9119                  */
9120                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9121                         outer_start = start;
9122         }
9123
9124         /* Make sure the range is really isolated. */
9125         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9126                 ret = -EBUSY;
9127                 goto done;
9128         }
9129
9130         /* Grab isolated pages from freelists. */
9131         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9132         if (!outer_end) {
9133                 ret = -EBUSY;
9134                 goto done;
9135         }
9136
9137         /* Free head and tail (if any) */
9138         if (start != outer_start)
9139                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9140         if (end != outer_end)
9141                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9142
9143 done:
9144         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9145                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
9146         return ret;
9147 }
9148 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9149
9150 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9151                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9152 {
9153         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9154
9155         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9156                                   gfp_mask);
9157 }
9158
9159 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9160                                    unsigned long nr_pages)
9161 {
9162         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9163         struct page *page;
9164
9165         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9166                 page = pfn_to_online_page(i);
9167                 if (!page)
9168                         return false;
9169
9170                 if (page_zone(page) != z)
9171                         return false;
9172
9173                 if (PageReserved(page))
9174                         return false;
9175         }
9176         return true;
9177 }
9178
9179 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9180                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9181 {
9182         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9183
9184         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9185 }
9186
9187 /**
9188  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9189  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9190  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9191  * @nid:        Target node
9192  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9193  *
9194  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9195  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9196  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9197  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9198  *
9199  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9200  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
9201  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9202  *
9203  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9204  * __free_page() on each allocated page.
9205  *
9206  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9207  */
9208 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9209                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9210 {
9211         unsigned long ret, pfn, flags;
9212         struct zonelist *zonelist;
9213         struct zone *zone;
9214         struct zoneref *z;
9215
9216         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9217         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9218                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9219                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9220
9221                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9222                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9223                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9224                                 /*
9225                                  * We release the zone lock here because
9226                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9227                                  * at some point. If there's an allocation
9228                                  * spinning on this lock, it may win the race
9229                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9230                                  */
9231                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9232                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9233                                                         gfp_mask);
9234                                 if (!ret)
9235                                         return pfn_to_page(pfn);
9236                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9237                         }
9238                         pfn += nr_pages;
9239                 }
9240                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9241         }
9242         return NULL;
9243 }
9244 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9245
9246 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9247 {
9248         unsigned long count = 0;
9249
9250         for (; nr_pages--; pfn++) {
9251                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9252
9253                 count += page_count(page) != 1;
9254                 __free_page(page);
9255         }
9256         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9257 }
9258 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9259
9260 /*
9261  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
9262  * page high values need to be recalculated.
9263  */
9264 void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
9265 {
9266         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9267         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
9268         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9269 }
9270
9271 /*
9272  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9273  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9274  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9275  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9276  *
9277  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9278  */
9279 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9280 {
9281         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9282         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9283         __drain_all_pages(zone, true);
9284 }
9285
9286 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9287 {
9288         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9289         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9290 }
9291
9292 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9293 {
9294         int cpu;
9295         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9296
9297         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9298                 for_each_online_cpu(cpu) {
9299                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9300                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9301                 }
9302                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9303                 free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9304                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9305                 zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9306         }
9307 }
9308
9309 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9310 /*
9311  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9312  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9313  */
9314 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9315 {
9316         unsigned long pfn = start_pfn;
9317         struct page *page;
9318         struct zone *zone;
9319         unsigned int order;
9320         unsigned long flags;
9321
9322         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9323         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9324         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9325         while (pfn < end_pfn) {
9326                 page = pfn_to_page(pfn);
9327                 /*
9328                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9329                  * page_count() is not 0.
9330                  */
9331                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9332                         pfn++;
9333                         continue;
9334                 }
9335                 /*
9336                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9337                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9338                  */
9339                 if (PageOffline(page)) {
9340                         BUG_ON(page_count(page));
9341                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9342                         pfn++;
9343                         continue;
9344                 }
9345
9346                 BUG_ON(page_count(page));
9347                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9348                 order = buddy_order(page);
9349                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9350                 pfn += (1 << order);
9351         }
9352         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9353 }
9354 #endif
9355
9356 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9357 {
9358         struct zone *zone = page_zone(page);
9359         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9360         unsigned long flags;
9361         unsigned int order;
9362
9363         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9364         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9365                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9366
9367                 if (PageBuddy(page_head) && buddy_order(page_head) >= order)
9368                         break;
9369         }
9370         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9371
9372         return order < MAX_ORDER;
9373 }
9374
9375 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9376 /*
9377  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9378  * buddy allocator.
9379  */
9380 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9381                                    struct page *target, int low, int high,
9382                                    int migratetype)
9383 {
9384         unsigned long size = 1 << high;
9385         struct page *current_buddy, *next_page;
9386
9387         while (high > low) {
9388                 high--;
9389                 size >>= 1;
9390
9391                 if (target >= &page[size]) {
9392                         next_page = page + size;
9393                         current_buddy = page;
9394                 } else {
9395                         next_page = page;
9396                         current_buddy = page + size;
9397                 }
9398
9399                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9400                         continue;
9401
9402                 if (current_buddy != target) {
9403                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9404                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9405                         page = next_page;
9406                 }
9407         }
9408 }
9409
9410 /*
9411  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9412  */
9413 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9414 {
9415         struct zone *zone = page_zone(page);
9416         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9417         unsigned long flags;
9418         unsigned int order;
9419         bool ret = false;
9420
9421         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9422         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9423                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9424                 int page_order = buddy_order(page_head);
9425
9426                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9427                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9428                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9429                                                                    pfn_head);
9430
9431                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9432                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9433                                                 page_order, migratetype);
9434                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9435                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9436                         ret = true;
9437                         break;
9438                 }
9439                 if (page_count(page_head) > 0)
9440                         break;
9441         }
9442         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9443         return ret;
9444 }
9445 #endif