Merge tag 's390-5.11-3' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/s390/linux
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/mmu_notifier.h>
61 #include <linux/migrate.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/sched/mm.h>
65 #include <linux/page_owner.h>
66 #include <linux/kthread.h>
67 #include <linux/memcontrol.h>
68 #include <linux/ftrace.h>
69 #include <linux/lockdep.h>
70 #include <linux/nmi.h>
71 #include <linux/psi.h>
72 #include <linux/padata.h>
73 #include <linux/khugepaged.h>
74 #include <linux/buffer_head.h>
75
76 #include <asm/sections.h>
77 #include <asm/tlbflush.h>
78 #include <asm/div64.h>
79 #include "internal.h"
80 #include "shuffle.h"
81 #include "page_reporting.h"
82
83 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
84 typedef int __bitwise fpi_t;
85
86 /* No special request */
87 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
88
89 /*
90  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
91  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
92  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
93  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
94  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
95  * putting it back unmodified.
96  */
97 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
98
99 /*
100  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
101  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
102  * shuffle the whole zone).
103  *
104  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
105  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
106  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
107  *       reporting).
108  */
109 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
110
111 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
112 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
113 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
114
115 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
116 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
117 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
118 #endif
119
120 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
121
122 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
123 /*
124  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
125  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
126  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
127  * defined in <linux/topology.h>.
128  */
129 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
130 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
131 #endif
132
133 /* work_structs for global per-cpu drains */
134 struct pcpu_drain {
135         struct zone *zone;
136         struct work_struct work;
137 };
138 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
139 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
140
141 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
142 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
143 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
144 #endif
145
146 /*
147  * Array of node states.
148  */
149 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
150         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
151         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
152 #ifndef CONFIG_NUMA
153         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
154 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
155         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
156 #endif
157         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
158         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
159 #endif  /* NUMA */
160 };
161 EXPORT_SYMBOL(node_states);
162
163 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
164 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
165 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
166 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
167
168 int percpu_pagelist_fraction;
169 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
170 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
171 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
172
173 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
174 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
175
176 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
177                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
178 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
179 {
180
181         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
182 }
183 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
184
185 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
186                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
187 static int __init early_init_on_free(char *buf)
188 {
189         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
190 }
191 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
192
193 /*
194  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
195  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
196  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
197  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
198  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
199  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
200  */
201 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
202 {
203         return page->index;
204 }
205
206 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
207 {
208         page->index = migratetype;
209 }
210
211 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
212 /*
213  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
214  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
215  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
216  * they should always be called with system_transition_mutex held
217  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
218  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
219  * with that modification).
220  */
221
222 static gfp_t saved_gfp_mask;
223
224 void pm_restore_gfp_mask(void)
225 {
226         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
227         if (saved_gfp_mask) {
228                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
229                 saved_gfp_mask = 0;
230         }
231 }
232
233 void pm_restrict_gfp_mask(void)
234 {
235         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
236         WARN_ON(saved_gfp_mask);
237         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
238         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
239 }
240
241 bool pm_suspended_storage(void)
242 {
243         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
244                 return false;
245         return true;
246 }
247 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
248
249 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
250 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
251 #endif
252
253 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
254                             fpi_t fpi_flags);
255
256 /*
257  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
258  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
259  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
260  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
261  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
262  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
263  *
264  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
265  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
266  */
267 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
268 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
269         [ZONE_DMA] = 256,
270 #endif
271 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
272         [ZONE_DMA32] = 256,
273 #endif
274         [ZONE_NORMAL] = 32,
275 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
276         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
277 #endif
278         [ZONE_MOVABLE] = 0,
279 };
280
281 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
282 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
283          "DMA",
284 #endif
285 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
286          "DMA32",
287 #endif
288          "Normal",
289 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
290          "HighMem",
291 #endif
292          "Movable",
293 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
294          "Device",
295 #endif
296 };
297
298 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
299         "Unmovable",
300         "Movable",
301         "Reclaimable",
302         "HighAtomic",
303 #ifdef CONFIG_CMA
304         "CMA",
305 #endif
306 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
307         "Isolate",
308 #endif
309 };
310
311 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
312         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
313         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
314 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
315         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
316 #endif
317 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
318         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
319 #endif
320 };
321
322 int min_free_kbytes = 1024;
323 int user_min_free_kbytes = -1;
324 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
325 /*
326  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
327  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
328  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
329  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
330  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
331  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
332  * fragmentation avoidance.
333  */
334 int watermark_boost_factor __read_mostly;
335 #else
336 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
337 #endif
338 int watermark_scale_factor = 10;
339
340 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
341 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
342 static unsigned long dma_reserve __initdata;
343
344 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
345 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
346 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
347 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
348 static unsigned long required_movablecore __initdata;
349 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
350 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
351 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
352
353 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
354 int movable_zone;
355 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
356
357 #if MAX_NUMNODES > 1
358 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
359 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
360 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
361 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
362 #endif
363
364 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
365
366 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
367 /*
368  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
369  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
370  * and we can permanently disable that path.
371  */
372 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
373
374 /*
375  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
376  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
377  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
378  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
379  *
380  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
381  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
382  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
383  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
384  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
385  * initialization is done, but this is not likely to happen.
386  */
387 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
388 {
389         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
390                 kasan_free_pages(page, order);
391 }
392
393 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
394 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
395 {
396         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
397
398         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
399                 return true;
400
401         return false;
402 }
403
404 /*
405  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
406  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
407  */
408 static bool __meminit
409 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
410 {
411         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
412
413         /*
414          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
415          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
416          */
417         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
418                 prev_end_pfn = end_pfn;
419                 nr_initialised = 0;
420         }
421
422         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
423         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
424                 return false;
425
426         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
427                 return true;
428         /*
429          * We start only with one section of pages, more pages are added as
430          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
431          */
432         nr_initialised++;
433         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
434             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
435                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
436                 return true;
437         }
438         return false;
439 }
440 #else
441 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
442
443 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
444 {
445         return false;
446 }
447
448 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
449 {
450         return false;
451 }
452 #endif
453
454 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
455 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
456                                                         unsigned long pfn)
457 {
458 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
459         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
460 #else
461         return page_zone(page)->pageblock_flags;
462 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
463 }
464
465 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
466 {
467 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
468         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
469 #else
470         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
471 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
472         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
473 }
474
475 static __always_inline
476 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
477                                         unsigned long pfn,
478                                         unsigned long mask)
479 {
480         unsigned long *bitmap;
481         unsigned long bitidx, word_bitidx;
482         unsigned long word;
483
484         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
485         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
486         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
487         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
488
489         word = bitmap[word_bitidx];
490         return (word >> bitidx) & mask;
491 }
492
493 /**
494  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
495  * @page: The page within the block of interest
496  * @pfn: The target page frame number
497  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
498  *
499  * Return: pageblock_bits flags
500  */
501 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
502                                         unsigned long mask)
503 {
504         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
505 }
506
507 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
508 {
509         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
510 }
511
512 /**
513  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
514  * @page: The page within the block of interest
515  * @flags: The flags to set
516  * @pfn: The target page frame number
517  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
518  */
519 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
520                                         unsigned long pfn,
521                                         unsigned long mask)
522 {
523         unsigned long *bitmap;
524         unsigned long bitidx, word_bitidx;
525         unsigned long old_word, word;
526
527         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
528         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
529
530         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
531         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
532         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
533         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
534
535         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
536
537         mask <<= bitidx;
538         flags <<= bitidx;
539
540         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
541         for (;;) {
542                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
543                 if (word == old_word)
544                         break;
545                 word = old_word;
546         }
547 }
548
549 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
550 {
551         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
552                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
553                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
554
555         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
556                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
557 }
558
559 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
560 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
561 {
562         int ret = 0;
563         unsigned seq;
564         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
565         unsigned long sp, start_pfn;
566
567         do {
568                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
569                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
570                 sp = zone->spanned_pages;
571                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
572                         ret = 1;
573         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
574
575         if (ret)
576                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
577                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
578                         start_pfn, start_pfn + sp);
579
580         return ret;
581 }
582
583 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
584 {
585         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
586                 return 0;
587         if (zone != page_zone(page))
588                 return 0;
589
590         return 1;
591 }
592 /*
593  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
594  */
595 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
596 {
597         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
598                 return 1;
599         if (!page_is_consistent(zone, page))
600                 return 1;
601
602         return 0;
603 }
604 #else
605 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
606 {
607         return 0;
608 }
609 #endif
610
611 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
612 {
613         static unsigned long resume;
614         static unsigned long nr_shown;
615         static unsigned long nr_unshown;
616
617         /*
618          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
619          * or allow a steady drip of one report per second.
620          */
621         if (nr_shown == 60) {
622                 if (time_before(jiffies, resume)) {
623                         nr_unshown++;
624                         goto out;
625                 }
626                 if (nr_unshown) {
627                         pr_alert(
628                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
629                                 nr_unshown);
630                         nr_unshown = 0;
631                 }
632                 nr_shown = 0;
633         }
634         if (nr_shown++ == 0)
635                 resume = jiffies + 60 * HZ;
636
637         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
638                 current->comm, page_to_pfn(page));
639         __dump_page(page, reason);
640         dump_page_owner(page);
641
642         print_modules();
643         dump_stack();
644 out:
645         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
646         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
647         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
648 }
649
650 /*
651  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
652  *
653  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
654  *
655  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
656  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
657  *
658  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
659  * page destructors. See compound_page_dtors.
660  *
661  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
662  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
663  */
664
665 void free_compound_page(struct page *page)
666 {
667         mem_cgroup_uncharge(page);
668         __free_pages_ok(page, compound_order(page), FPI_NONE);
669 }
670
671 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
672 {
673         int i;
674         int nr_pages = 1 << order;
675
676         __SetPageHead(page);
677         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
678                 struct page *p = page + i;
679                 set_page_count(p, 0);
680                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
681                 set_compound_head(p, page);
682         }
683
684         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
685         set_compound_order(page, order);
686         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
687         if (hpage_pincount_available(page))
688                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
689 }
690
691 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
692 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
693
694 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
695                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
696 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
697 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
698 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
699
700 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
701
702 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
703 {
704         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
705 }
706 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
707
708 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
709 {
710         unsigned long res;
711
712         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
713                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
714                 return 0;
715         }
716         _debug_guardpage_minorder = res;
717         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
718         return 0;
719 }
720 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
721
722 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
723                                 unsigned int order, int migratetype)
724 {
725         if (!debug_guardpage_enabled())
726                 return false;
727
728         if (order >= debug_guardpage_minorder())
729                 return false;
730
731         __SetPageGuard(page);
732         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
733         set_page_private(page, order);
734         /* Guard pages are not available for any usage */
735         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
736
737         return true;
738 }
739
740 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
741                                 unsigned int order, int migratetype)
742 {
743         if (!debug_guardpage_enabled())
744                 return;
745
746         __ClearPageGuard(page);
747
748         set_page_private(page, 0);
749         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
750                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
751 }
752 #else
753 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
754                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
755 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
756                                 unsigned int order, int migratetype) {}
757 #endif
758
759 /*
760  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
761  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
762  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
763  * enabled, and then make decisions.
764  */
765 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
766 {
767         if (_init_on_alloc_enabled_early) {
768                 if (page_poisoning_enabled())
769                         pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
770                                 "will take precedence over init_on_alloc\n");
771                 else
772                         static_branch_enable(&init_on_alloc);
773         }
774         if (_init_on_free_enabled_early) {
775                 if (page_poisoning_enabled())
776                         pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
777                                 "will take precedence over init_on_free\n");
778                 else
779                         static_branch_enable(&init_on_free);
780         }
781
782 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
783         /*
784          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
785          * either of those options are enabled, enable poisoning.
786          */
787         if (page_poisoning_enabled() ||
788              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
789               debug_pagealloc_enabled()))
790                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
791 #endif
792
793 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
794         if (!debug_pagealloc_enabled())
795                 return;
796
797         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
798
799         if (!debug_guardpage_minorder())
800                 return;
801
802         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
803 #endif
804 }
805
806 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
807 {
808         set_page_private(page, order);
809         __SetPageBuddy(page);
810 }
811
812 /*
813  * This function checks whether a page is free && is the buddy
814  * we can coalesce a page and its buddy if
815  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
816  * (b) the buddy is in the buddy system &&
817  * (c) a page and its buddy have the same order &&
818  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
819  *
820  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
821  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
822  *
823  * For recording page's order, we use page_private(page).
824  */
825 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
826                                                         unsigned int order)
827 {
828         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
829                 return false;
830
831         if (buddy_order(buddy) != order)
832                 return false;
833
834         /*
835          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
836          * zone/node ids for pages that could never merge.
837          */
838         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
839                 return false;
840
841         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
842
843         return true;
844 }
845
846 #ifdef CONFIG_COMPACTION
847 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
848 {
849         struct capture_control *capc = current->capture_control;
850
851         return unlikely(capc) &&
852                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
853                 !capc->page &&
854                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
855 }
856
857 static inline bool
858 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
859                    int order, int migratetype)
860 {
861         if (!capc || order != capc->cc->order)
862                 return false;
863
864         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
865         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
866             is_migrate_isolate(migratetype))
867                 return false;
868
869         /*
870          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
871          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
872          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
873          * have trouble finding a high-order free page.
874          */
875         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
876                 return false;
877
878         capc->page = page;
879         return true;
880 }
881
882 #else
883 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
884 {
885         return NULL;
886 }
887
888 static inline bool
889 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
890                    int order, int migratetype)
891 {
892         return false;
893 }
894 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
895
896 /* Used for pages not on another list */
897 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
898                                     unsigned int order, int migratetype)
899 {
900         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
901
902         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
903         area->nr_free++;
904 }
905
906 /* Used for pages not on another list */
907 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
908                                          unsigned int order, int migratetype)
909 {
910         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
911
912         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
913         area->nr_free++;
914 }
915
916 /*
917  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
918  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
919  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
920  */
921 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
922                                      unsigned int order, int migratetype)
923 {
924         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
925
926         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
927 }
928
929 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
930                                            unsigned int order)
931 {
932         /* clear reported state and update reported page count */
933         if (page_reported(page))
934                 __ClearPageReported(page);
935
936         list_del(&page->lru);
937         __ClearPageBuddy(page);
938         set_page_private(page, 0);
939         zone->free_area[order].nr_free--;
940 }
941
942 /*
943  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
944  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
945  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
946  * that is happening, add the free page to the tail of the list
947  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
948  * as a higher order page
949  */
950 static inline bool
951 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
952                    struct page *page, unsigned int order)
953 {
954         struct page *higher_page, *higher_buddy;
955         unsigned long combined_pfn;
956
957         if (order >= MAX_ORDER - 2)
958                 return false;
959
960         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
961                 return false;
962
963         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
964         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
965         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
966         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
967
968         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
969                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
970 }
971
972 /*
973  * Freeing function for a buddy system allocator.
974  *
975  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
976  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
977  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
978  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
979  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
980  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
981  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
982  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
983  * parts of the VM system.
984  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
985  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
986  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
987  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
988  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
989  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
990  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
991  * triggers coalescing into a block of larger size.
992  *
993  * -- nyc
994  */
995
996 static inline void __free_one_page(struct page *page,
997                 unsigned long pfn,
998                 struct zone *zone, unsigned int order,
999                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1000 {
1001         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1002         unsigned long buddy_pfn;
1003         unsigned long combined_pfn;
1004         unsigned int max_order;
1005         struct page *buddy;
1006         bool to_tail;
1007
1008         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER - 1, pageblock_order);
1009
1010         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1011         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1012
1013         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1014         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1015                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1016
1017         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1018         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1019
1020 continue_merging:
1021         while (order < max_order) {
1022                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1023                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1024                                                                 migratetype);
1025                         return;
1026                 }
1027                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1028                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1029
1030                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
1031                         goto done_merging;
1032                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1033                         goto done_merging;
1034                 /*
1035                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1036                  * merge with it and move up one order.
1037                  */
1038                 if (page_is_guard(buddy))
1039                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1040                 else
1041                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1042                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1043                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1044                 pfn = combined_pfn;
1045                 order++;
1046         }
1047         if (order < MAX_ORDER - 1) {
1048                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1049                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1050                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1051                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1052                  *
1053                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1054                  * low-order merging.
1055                  */
1056                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1057                         int buddy_mt;
1058
1059                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1060                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1061                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1062
1063                         if (migratetype != buddy_mt
1064                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1065                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1066                                 goto done_merging;
1067                 }
1068                 max_order = order + 1;
1069                 goto continue_merging;
1070         }
1071
1072 done_merging:
1073         set_buddy_order(page, order);
1074
1075         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1076                 to_tail = true;
1077         else if (is_shuffle_order(order))
1078                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1079         else
1080                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1081
1082         if (to_tail)
1083                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1084         else
1085                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1086
1087         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1088         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1089                 page_reporting_notify_free(order);
1090 }
1091
1092 /*
1093  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1094  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1095  * check if necessary.
1096  */
1097 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1098                                         unsigned long check_flags)
1099 {
1100         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1101                 return false;
1102
1103         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1104                         page_ref_count(page) |
1105 #ifdef CONFIG_MEMCG
1106                         (unsigned long)page_memcg(page) |
1107 #endif
1108                         (page->flags & check_flags)))
1109                 return false;
1110
1111         return true;
1112 }
1113
1114 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1115 {
1116         const char *bad_reason = NULL;
1117
1118         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1119                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1120         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1121                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1122         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1123                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1124         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1125                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1126                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1127                 else
1128                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1129         }
1130 #ifdef CONFIG_MEMCG
1131         if (unlikely(page_memcg(page)))
1132                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1133 #endif
1134         return bad_reason;
1135 }
1136
1137 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1138 {
1139         bad_page(page,
1140                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1141 }
1142
1143 static inline int check_free_page(struct page *page)
1144 {
1145         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1146                 return 0;
1147
1148         /* Something has gone sideways, find it */
1149         check_free_page_bad(page);
1150         return 1;
1151 }
1152
1153 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1154 {
1155         int ret = 1;
1156
1157         /*
1158          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1159          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1160          */
1161         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1162
1163         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1164                 ret = 0;
1165                 goto out;
1166         }
1167         switch (page - head_page) {
1168         case 1:
1169                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1170                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1171                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1172                         goto out;
1173                 }
1174                 break;
1175         case 2:
1176                 /*
1177                  * the second tail page: ->mapping is
1178                  * deferred_list.next -- ignore value.
1179                  */
1180                 break;
1181         default:
1182                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1183                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1184                         goto out;
1185                 }
1186                 break;
1187         }
1188         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1189                 bad_page(page, "PageTail not set");
1190                 goto out;
1191         }
1192         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1193                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1194                 goto out;
1195         }
1196         ret = 0;
1197 out:
1198         page->mapping = NULL;
1199         clear_compound_head(page);
1200         return ret;
1201 }
1202
1203 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1204 {
1205         int i;
1206
1207         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1208         kasan_disable_current();
1209         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1210                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1211                 clear_highpage(page + i);
1212         }
1213         kasan_enable_current();
1214 }
1215
1216 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1217                                         unsigned int order, bool check_free)
1218 {
1219         int bad = 0;
1220
1221         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1222
1223         trace_mm_page_free(page, order);
1224
1225         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1226                 /*
1227                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1228                  * Untie memcg state and reset page's owner
1229                  */
1230                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1231                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1232                 reset_page_owner(page, order);
1233                 return false;
1234         }
1235
1236         /*
1237          * Check tail pages before head page information is cleared to
1238          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1239          */
1240         if (unlikely(order)) {
1241                 bool compound = PageCompound(page);
1242                 int i;
1243
1244                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1245
1246                 if (compound)
1247                         ClearPageDoubleMap(page);
1248                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1249                         if (compound)
1250                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1251                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1252                                 bad++;
1253                                 continue;
1254                         }
1255                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1256                 }
1257         }
1258         if (PageMappingFlags(page))
1259                 page->mapping = NULL;
1260         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1261                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1262         if (check_free)
1263                 bad += check_free_page(page);
1264         if (bad)
1265                 return false;
1266
1267         page_cpupid_reset_last(page);
1268         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1269         reset_page_owner(page, order);
1270
1271         if (!PageHighMem(page)) {
1272                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1273                                            PAGE_SIZE << order);
1274                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1275                                            PAGE_SIZE << order);
1276         }
1277         if (want_init_on_free())
1278                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1279
1280         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1281
1282         /*
1283          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1284          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1285          * happen after this.
1286          */
1287         arch_free_page(page, order);
1288
1289         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1290
1291         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1292
1293         return true;
1294 }
1295
1296 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1297 /*
1298  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1299  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1300  * moved from pcp lists to free lists.
1301  */
1302 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1303 {
1304         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1305 }
1306
1307 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1308 {
1309         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1310                 return check_free_page(page);
1311         else
1312                 return false;
1313 }
1314 #else
1315 /*
1316  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1317  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1318  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1319  * to the pcp lists.
1320  */
1321 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1322 {
1323         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1324                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1325         else
1326                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1327 }
1328
1329 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1330 {
1331         return check_free_page(page);
1332 }
1333 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1334
1335 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1336 {
1337         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1338         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1339         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1340
1341         prefetch(buddy);
1342 }
1343
1344 /*
1345  * Frees a number of pages from the PCP lists
1346  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1347  * count is the number of pages to free.
1348  *
1349  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1350  * see if this freeing clears that state.
1351  *
1352  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1353  * pinned" detection logic.
1354  */
1355 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1356                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1357 {
1358         int migratetype = 0;
1359         int batch_free = 0;
1360         int prefetch_nr = READ_ONCE(pcp->batch);
1361         bool isolated_pageblocks;
1362         struct page *page, *tmp;
1363         LIST_HEAD(head);
1364
1365         /*
1366          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1367          * below while (list_empty(list)) loop.
1368          */
1369         count = min(pcp->count, count);
1370         while (count) {
1371                 struct list_head *list;
1372
1373                 /*
1374                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1375                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1376                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1377                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1378                  * lists
1379                  */
1380                 do {
1381                         batch_free++;
1382                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1383                                 migratetype = 0;
1384                         list = &pcp->lists[migratetype];
1385                 } while (list_empty(list));
1386
1387                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1388                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1389                         batch_free = count;
1390
1391                 do {
1392                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1393                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1394                         list_del(&page->lru);
1395                         pcp->count--;
1396
1397                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1398                                 continue;
1399
1400                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1401
1402                         /*
1403                          * We are going to put the page back to the global
1404                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1405                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1406                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1407                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1408                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1409                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1410                          */
1411                         if (prefetch_nr) {
1412                                 prefetch_buddy(page);
1413                                 prefetch_nr--;
1414                         }
1415                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1416         }
1417
1418         spin_lock(&zone->lock);
1419         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1420
1421         /*
1422          * Use safe version since after __free_one_page(),
1423          * page->lru.next will not point to original list.
1424          */
1425         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1426                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1427                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1428                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1429                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1430                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1431                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1432
1433                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt, FPI_NONE);
1434                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1435         }
1436         spin_unlock(&zone->lock);
1437 }
1438
1439 static void free_one_page(struct zone *zone,
1440                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1441                                 unsigned int order,
1442                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1443 {
1444         spin_lock(&zone->lock);
1445         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1446                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1447                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1448         }
1449         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1450         spin_unlock(&zone->lock);
1451 }
1452
1453 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1454                                 unsigned long zone, int nid)
1455 {
1456         mm_zero_struct_page(page);
1457         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1458         init_page_count(page);
1459         page_mapcount_reset(page);
1460         page_cpupid_reset_last(page);
1461         page_kasan_tag_reset(page);
1462
1463         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1464 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1465         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1466         if (!is_highmem_idx(zone))
1467                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1468 #endif
1469 }
1470
1471 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1472 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1473 {
1474         pg_data_t *pgdat;
1475         int nid, zid;
1476
1477         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1478                 return;
1479
1480         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1481         pgdat = NODE_DATA(nid);
1482
1483         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1484                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1485
1486                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1487                         break;
1488         }
1489         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1490 }
1491 #else
1492 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1493 {
1494 }
1495 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1496
1497 /*
1498  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1499  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1500  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1501  * sent to the buddy page allocator.
1502  */
1503 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1504 {
1505         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1506         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1507
1508         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1509                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1510                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1511
1512                         init_reserved_page(start_pfn);
1513
1514                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1515                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1516
1517                         /*
1518                          * no need for atomic set_bit because the struct
1519                          * page is not visible yet so nobody should
1520                          * access it yet.
1521                          */
1522                         __SetPageReserved(page);
1523                 }
1524         }
1525 }
1526
1527 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1528                             fpi_t fpi_flags)
1529 {
1530         unsigned long flags;
1531         int migratetype;
1532         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1533
1534         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1535                 return;
1536
1537         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1538         local_irq_save(flags);
1539         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1540         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype,
1541                       fpi_flags);
1542         local_irq_restore(flags);
1543 }
1544
1545 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1546 {
1547         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1548         struct page *p = page;
1549         unsigned int loop;
1550
1551         /*
1552          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1553          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1554          * refcount of all involved pages to 0.
1555          */
1556         prefetchw(p);
1557         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1558                 prefetchw(p + 1);
1559                 __ClearPageReserved(p);
1560                 set_page_count(p, 0);
1561         }
1562         __ClearPageReserved(p);
1563         set_page_count(p, 0);
1564
1565         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1566
1567         /*
1568          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1569          * relevant for memory onlining.
1570          */
1571         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL);
1572 }
1573
1574 #ifdef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
1575
1576 /*
1577  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1578  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1579  * treats start/end as pfns.
1580  */
1581 struct mminit_pfnnid_cache {
1582         unsigned long last_start;
1583         unsigned long last_end;
1584         int last_nid;
1585 };
1586
1587 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1588
1589 /*
1590  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1591  */
1592 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1593                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1594 {
1595         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1596         int nid;
1597
1598         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1599                 return state->last_nid;
1600
1601         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1602         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1603                 state->last_start = start_pfn;
1604                 state->last_end = end_pfn;
1605                 state->last_nid = nid;
1606         }
1607
1608         return nid;
1609 }
1610
1611 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1612 {
1613         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1614         int nid;
1615
1616         spin_lock(&early_pfn_lock);
1617         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1618         if (nid < 0)
1619                 nid = first_online_node;
1620         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1621
1622         return nid;
1623 }
1624 #endif /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1625
1626 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1627                                                         unsigned int order)
1628 {
1629         if (early_page_uninitialised(pfn))
1630                 return;
1631         __free_pages_core(page, order);
1632 }
1633
1634 /*
1635  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1636  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1637  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1638  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1639  * pageblocks.
1640  *
1641  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1642  *
1643  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1644  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1645  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1646  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1647  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1648  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1649  * page in a pageblock.
1650  */
1651 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1652                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1653 {
1654         struct page *start_page;
1655         struct page *end_page;
1656
1657         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1658         end_pfn--;
1659
1660         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1661                 return NULL;
1662
1663         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1664         if (!start_page)
1665                 return NULL;
1666
1667         if (page_zone(start_page) != zone)
1668                 return NULL;
1669
1670         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1671
1672         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1673         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1674                 return NULL;
1675
1676         return start_page;
1677 }
1678
1679 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1680 {
1681         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1682         unsigned long block_end_pfn;
1683
1684         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1685         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1686                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1687                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1688
1689                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1690
1691                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1692                                              block_end_pfn, zone))
1693                         return;
1694                 cond_resched();
1695         }
1696
1697         /* We confirm that there is no hole */
1698         zone->contiguous = true;
1699 }
1700
1701 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1702 {
1703         zone->contiguous = false;
1704 }
1705
1706 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1707 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1708                                        unsigned long nr_pages)
1709 {
1710         struct page *page;
1711         unsigned long i;
1712
1713         if (!nr_pages)
1714                 return;
1715
1716         page = pfn_to_page(pfn);
1717
1718         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1719         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1720             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1721                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1722                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1723                 return;
1724         }
1725
1726         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1727                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1728                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1729                 __free_pages_core(page, 0);
1730         }
1731 }
1732
1733 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1734 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1735 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1736
1737 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1738 {
1739         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1740                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1741 }
1742
1743 /*
1744  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1745  *
1746  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1747  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1748  * function is optimized out.
1749  *
1750  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1751  * of the head pfn.
1752  */
1753 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1754 {
1755         if (!pfn_valid_within(pfn))
1756                 return false;
1757         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1758                 return false;
1759         return true;
1760 }
1761
1762 /*
1763  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1764  * pageblock_nr_pages sizes.
1765  */
1766 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1767                                        unsigned long end_pfn)
1768 {
1769         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1770         unsigned long nr_free = 0;
1771
1772         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1773                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1774                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1775                         nr_free = 0;
1776                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1777                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1778                         nr_free = 1;
1779                 } else {
1780                         nr_free++;
1781                 }
1782         }
1783         /* Free the last block of pages to allocator */
1784         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1785 }
1786
1787 /*
1788  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1789  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1790  * Return number of pages initialized.
1791  */
1792 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1793                                                  unsigned long pfn,
1794                                                  unsigned long end_pfn)
1795 {
1796         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1797         int nid = zone_to_nid(zone);
1798         unsigned long nr_pages = 0;
1799         int zid = zone_idx(zone);
1800         struct page *page = NULL;
1801
1802         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1803                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1804                         page = NULL;
1805                         continue;
1806                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1807                         page = pfn_to_page(pfn);
1808                 } else {
1809                         page++;
1810                 }
1811                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1812                 nr_pages++;
1813         }
1814         return (nr_pages);
1815 }
1816
1817 /*
1818  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1819  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1820  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1821  * return false indicating there are no valid ranges left.
1822  */
1823 static bool __init
1824 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1825                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1826                                     unsigned long first_init_pfn)
1827 {
1828         u64 j;
1829
1830         /*
1831          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1832          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1833          * so we just need to flush them out of the system.
1834          */
1835         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1836                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1837                         continue;
1838                 if (*spfn < first_init_pfn)
1839                         *spfn = first_init_pfn;
1840                 *i = j;
1841                 return true;
1842         }
1843
1844         return false;
1845 }
1846
1847 /*
1848  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1849  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1850  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1851  * page in __free_one_page()).
1852  *
1853  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1854  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1855  * any issues with the buddy page computation.
1856  */
1857 static unsigned long __init
1858 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1859                        unsigned long *end_pfn)
1860 {
1861         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1862         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1863         unsigned long nr_pages = 0;
1864         u64 j = *i;
1865
1866         /* First we loop through and initialize the page values */
1867         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1868                 unsigned long t;
1869
1870                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1871                         break;
1872
1873                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1874                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1875
1876                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1877                         *start_pfn = mo_pfn;
1878                         break;
1879                 }
1880         }
1881
1882         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1883         swap(j, *i);
1884
1885         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1886                 unsigned long t;
1887
1888                 if (mo_pfn <= spfn)
1889                         break;
1890
1891                 t = min(mo_pfn, epfn);
1892                 deferred_free_pages(spfn, t);
1893
1894                 if (mo_pfn <= epfn)
1895                         break;
1896         }
1897
1898         return nr_pages;
1899 }
1900
1901 static void __init
1902 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1903                            void *arg)
1904 {
1905         unsigned long spfn, epfn;
1906         struct zone *zone = arg;
1907         u64 i;
1908
1909         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
1910
1911         /*
1912          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
1913          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
1914          */
1915         while (spfn < end_pfn) {
1916                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1917                 cond_resched();
1918         }
1919 }
1920
1921 /* An arch may override for more concurrency. */
1922 __weak int __init
1923 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
1924 {
1925         return 1;
1926 }
1927
1928 /* Initialise remaining memory on a node */
1929 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1930 {
1931         pg_data_t *pgdat = data;
1932         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1933         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
1934         unsigned long first_init_pfn, flags;
1935         unsigned long start = jiffies;
1936         struct zone *zone;
1937         int zid, max_threads;
1938         u64 i;
1939
1940         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1941         if (!cpumask_empty(cpumask))
1942                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1943
1944         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1945         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1946         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1947                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1948                 pgdat_init_report_one_done();
1949                 return 0;
1950         }
1951
1952         /* Sanity check boundaries */
1953         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1954         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1955         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1956
1957         /*
1958          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
1959          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
1960          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
1961          */
1962         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1963
1964         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1965         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1966                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1967                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1968                         break;
1969         }
1970
1971         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1972         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1973                                                  first_init_pfn))
1974                 goto zone_empty;
1975
1976         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
1977
1978         while (spfn < epfn) {
1979                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
1980                 struct padata_mt_job job = {
1981                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
1982                         .fn_arg      = zone,
1983                         .start       = spfn,
1984                         .size        = epfn_align - spfn,
1985                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
1986                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
1987                         .max_threads = max_threads,
1988                 };
1989
1990                 padata_do_multithreaded(&job);
1991                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1992                                                     epfn_align);
1993         }
1994 zone_empty:
1995         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1996         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1997
1998         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
1999                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2000
2001         pgdat_init_report_one_done();
2002         return 0;
2003 }
2004
2005 /*
2006  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2007  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2008  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2009  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2010  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2011  *
2012  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2013  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2014  * enough pages to satisfy the allocation.
2015  *
2016  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2017  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2018  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2019  */
2020 static noinline bool __init
2021 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2022 {
2023         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2024         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2025         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2026         unsigned long spfn, epfn, flags;
2027         unsigned long nr_pages = 0;
2028         u64 i;
2029
2030         /* Only the last zone may have deferred pages */
2031         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2032                 return false;
2033
2034         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2035
2036         /*
2037          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2038          * true, as there might be enough pages already.
2039          */
2040         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2041                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2042                 return true;
2043         }
2044
2045         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2046         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2047                                                  first_deferred_pfn)) {
2048                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2049                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2050                 /* Retry only once. */
2051                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2052         }
2053
2054         /*
2055          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2056          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2057          * allocator.
2058          */
2059         while (spfn < epfn) {
2060                 /* update our first deferred PFN for this section */
2061                 first_deferred_pfn = spfn;
2062
2063                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2064                 touch_nmi_watchdog();
2065
2066                 /* We should only stop along section boundaries */
2067                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2068                         continue;
2069
2070                 /* If our quota has been met we can stop here */
2071                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2072                         break;
2073         }
2074
2075         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2076         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2077
2078         return nr_pages > 0;
2079 }
2080
2081 /*
2082  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2083  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2084  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2085  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2086  */
2087 static bool __ref
2088 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2089 {
2090         return deferred_grow_zone(zone, order);
2091 }
2092
2093 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2094
2095 void __init page_alloc_init_late(void)
2096 {
2097         struct zone *zone;
2098         int nid;
2099
2100 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2101
2102         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2103         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2104         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2105                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2106         }
2107
2108         /* Block until all are initialised */
2109         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2110
2111         /*
2112          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
2113          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
2114          * will be artificially small.
2115          */
2116         for_each_populated_zone(zone)
2117                 zone_pcp_update(zone);
2118
2119         /*
2120          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2121          * on-demand struct page initialization.
2122          */
2123         static_branch_disable(&deferred_pages);
2124
2125         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2126         files_maxfiles_init();
2127 #endif
2128
2129         buffer_init();
2130
2131         /* Discard memblock private memory */
2132         memblock_discard();
2133
2134         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2135                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2136
2137         for_each_populated_zone(zone)
2138                 set_zone_contiguous(zone);
2139 }
2140
2141 #ifdef CONFIG_CMA
2142 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2143 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2144 {
2145         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2146         struct page *p = page;
2147
2148         do {
2149                 __ClearPageReserved(p);
2150                 set_page_count(p, 0);
2151         } while (++p, --i);
2152
2153         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2154
2155         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2156                 i = pageblock_nr_pages;
2157                 p = page;
2158                 do {
2159                         set_page_refcounted(p);
2160                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2161                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2162                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2163         } else {
2164                 set_page_refcounted(page);
2165                 __free_pages(page, pageblock_order);
2166         }
2167
2168         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2169 }
2170 #endif
2171
2172 /*
2173  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2174  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2175  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2176  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2177  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2178  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2179  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2180  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2181  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2182  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2183  *
2184  * -- nyc
2185  */
2186 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2187         int low, int high, int migratetype)
2188 {
2189         unsigned long size = 1 << high;
2190
2191         while (high > low) {
2192                 high--;
2193                 size >>= 1;
2194                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2195
2196                 /*
2197                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2198                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2199                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2200                  * pages will stay not present in virtual address space
2201                  */
2202                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2203                         continue;
2204
2205                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2206                 set_buddy_order(&page[size], high);
2207         }
2208 }
2209
2210 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2211 {
2212         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2213                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2214                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2215                 return;
2216         }
2217
2218         bad_page(page,
2219                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2220 }
2221
2222 /*
2223  * This page is about to be returned from the page allocator
2224  */
2225 static inline int check_new_page(struct page *page)
2226 {
2227         if (likely(page_expected_state(page,
2228                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2229                 return 0;
2230
2231         check_new_page_bad(page);
2232         return 1;
2233 }
2234
2235 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2236 /*
2237  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2238  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2239  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2240  */
2241 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2242 {
2243         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2244                 return check_new_page(page);
2245         else
2246                 return false;
2247 }
2248
2249 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2250 {
2251         return check_new_page(page);
2252 }
2253 #else
2254 /*
2255  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2256  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2257  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2258  */
2259 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2260 {
2261         return check_new_page(page);
2262 }
2263 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2264 {
2265         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2266                 return check_new_page(page);
2267         else
2268                 return false;
2269 }
2270 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2271
2272 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2273 {
2274         int i;
2275         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2276                 struct page *p = page + i;
2277
2278                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2279                         return true;
2280         }
2281
2282         return false;
2283 }
2284
2285 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2286                                 gfp_t gfp_flags)
2287 {
2288         set_page_private(page, 0);
2289         set_page_refcounted(page);
2290
2291         arch_alloc_page(page, order);
2292         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2293         kasan_alloc_pages(page, order);
2294         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2295         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2296
2297         if (!want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2298                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2299 }
2300
2301 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2302                                                         unsigned int alloc_flags)
2303 {
2304         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2305
2306         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2307                 prep_compound_page(page, order);
2308
2309         /*
2310          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2311          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2312          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2313          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2314          */
2315         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2316                 set_page_pfmemalloc(page);
2317         else
2318                 clear_page_pfmemalloc(page);
2319 }
2320
2321 /*
2322  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2323  * the smallest available page from the freelists
2324  */
2325 static __always_inline
2326 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2327                                                 int migratetype)
2328 {
2329         unsigned int current_order;
2330         struct free_area *area;
2331         struct page *page;
2332
2333         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2334         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2335                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2336                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2337                 if (!page)
2338                         continue;
2339                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2340                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2341                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2342                 return page;
2343         }
2344
2345         return NULL;
2346 }
2347
2348
2349 /*
2350  * This array describes the order lists are fallen back to when
2351  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2352  */
2353 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2354         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2355         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2356         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2357 #ifdef CONFIG_CMA
2358         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2359 #endif
2360 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2361         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2362 #endif
2363 };
2364
2365 #ifdef CONFIG_CMA
2366 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2367                                         unsigned int order)
2368 {
2369         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2370 }
2371 #else
2372 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2373                                         unsigned int order) { return NULL; }
2374 #endif
2375
2376 /*
2377  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2378  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2379  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2380  */
2381 static int move_freepages(struct zone *zone,
2382                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2383                           int migratetype, int *num_movable)
2384 {
2385         struct page *page;
2386         unsigned int order;
2387         int pages_moved = 0;
2388
2389         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2390                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2391                         page++;
2392                         continue;
2393                 }
2394
2395                 if (!PageBuddy(page)) {
2396                         /*
2397                          * We assume that pages that could be isolated for
2398                          * migration are movable. But we don't actually try
2399                          * isolating, as that would be expensive.
2400                          */
2401                         if (num_movable &&
2402                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2403                                 (*num_movable)++;
2404
2405                         page++;
2406                         continue;
2407                 }
2408
2409                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2410                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2411                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2412
2413                 order = buddy_order(page);
2414                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2415                 page += 1 << order;
2416                 pages_moved += 1 << order;
2417         }
2418
2419         return pages_moved;
2420 }
2421
2422 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2423                                 int migratetype, int *num_movable)
2424 {
2425         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2426         struct page *start_page, *end_page;
2427
2428         if (num_movable)
2429                 *num_movable = 0;
2430
2431         start_pfn = page_to_pfn(page);
2432         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2433         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2434         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2435         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2436
2437         /* Do not cross zone boundaries */
2438         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2439                 start_page = page;
2440         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2441                 return 0;
2442
2443         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2444                                                                 num_movable);
2445 }
2446
2447 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2448                                         int start_order, int migratetype)
2449 {
2450         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2451
2452         while (nr_pageblocks--) {
2453                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2454                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2455         }
2456 }
2457
2458 /*
2459  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2460  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2461  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2462  *
2463  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2464  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2465  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2466  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2467  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2468  * pageblocks.
2469  */
2470 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2471 {
2472         /*
2473          * Leaving this order check is intended, although there is
2474          * relaxed order check in next check. The reason is that
2475          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2476          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2477          * so could be changed anytime.
2478          */
2479         if (order >= pageblock_order)
2480                 return true;
2481
2482         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2483                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2484                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2485                 page_group_by_mobility_disabled)
2486                 return true;
2487
2488         return false;
2489 }
2490
2491 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2492 {
2493         unsigned long max_boost;
2494
2495         if (!watermark_boost_factor)
2496                 return false;
2497         /*
2498          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2499          * On small machines, including kdump capture kernels running
2500          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2501          * memory situation immediately.
2502          */
2503         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2504                 return false;
2505
2506         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2507                         watermark_boost_factor, 10000);
2508
2509         /*
2510          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2511          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2512          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2513          * allocations that early means that reclaim is not going
2514          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2515          * boosted watermark resulting in a hang.
2516          */
2517         if (!max_boost)
2518                 return false;
2519
2520         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2521
2522         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2523                 max_boost);
2524
2525         return true;
2526 }
2527
2528 /*
2529  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2530  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2531  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2532  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2533  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2534  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2535  */
2536 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2537                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2538 {
2539         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2540         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2541         int old_block_type;
2542
2543         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2544
2545         /*
2546          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2547          * highatomic accounting.
2548          */
2549         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2550                 goto single_page;
2551
2552         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2553         if (current_order >= pageblock_order) {
2554                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2555                 goto single_page;
2556         }
2557
2558         /*
2559          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2560          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2561          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2562          */
2563         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2564                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2565
2566         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2567         if (!whole_block)
2568                 goto single_page;
2569
2570         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2571                                                 &movable_pages);
2572         /*
2573          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2574          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2575          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2576          */
2577         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2578                 alike_pages = movable_pages;
2579         } else {
2580                 /*
2581                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2582                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2583                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2584                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2585                  * exact migratetype of non-movable pages.
2586                  */
2587                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2588                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2589                                                 - (free_pages + movable_pages);
2590                 else
2591                         alike_pages = 0;
2592         }
2593
2594         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2595         if (!free_pages)
2596                 goto single_page;
2597
2598         /*
2599          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2600          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2601          */
2602         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2603                         page_group_by_mobility_disabled)
2604                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2605
2606         return;
2607
2608 single_page:
2609         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2610 }
2611
2612 /*
2613  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2614  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2615  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2616  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2617  */
2618 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2619                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2620 {
2621         int i;
2622         int fallback_mt;
2623
2624         if (area->nr_free == 0)
2625                 return -1;
2626
2627         *can_steal = false;
2628         for (i = 0;; i++) {
2629                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2630                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2631                         break;
2632
2633                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2634                         continue;
2635
2636                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2637                         *can_steal = true;
2638
2639                 if (!only_stealable)
2640                         return fallback_mt;
2641
2642                 if (*can_steal)
2643                         return fallback_mt;
2644         }
2645
2646         return -1;
2647 }
2648
2649 /*
2650  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2651  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2652  */
2653 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2654                                 unsigned int alloc_order)
2655 {
2656         int mt;
2657         unsigned long max_managed, flags;
2658
2659         /*
2660          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2661          * Check is race-prone but harmless.
2662          */
2663         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2664         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2665                 return;
2666
2667         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2668
2669         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2670         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2671                 goto out_unlock;
2672
2673         /* Yoink! */
2674         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2675         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2676             && !is_migrate_cma(mt)) {
2677                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2678                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2679                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2680         }
2681
2682 out_unlock:
2683         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2684 }
2685
2686 /*
2687  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2688  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2689  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2690  * to recover from than an OOM.
2691  *
2692  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2693  * pageblock is exhausted.
2694  */
2695 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2696                                                 bool force)
2697 {
2698         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2699         unsigned long flags;
2700         struct zoneref *z;
2701         struct zone *zone;
2702         struct page *page;
2703         int order;
2704         bool ret;
2705
2706         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2707                                                                 ac->nodemask) {
2708                 /*
2709                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2710                  * is really high.
2711                  */
2712                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2713                                         pageblock_nr_pages)
2714                         continue;
2715
2716                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2717                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2718                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2719
2720                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2721                         if (!page)
2722                                 continue;
2723
2724                         /*
2725                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2726                          * we can counter several free pages in a pageblock
2727                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2728                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2729                          * adjust the count once.
2730                          */
2731                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2732                                 /*
2733                                  * It should never happen but changes to
2734                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2735                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2736                                  * while unreserving so be safe and watch for
2737                                  * underflows.
2738                                  */
2739                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2740                                                 pageblock_nr_pages,
2741                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2742                         }
2743
2744                         /*
2745                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2746                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2747                          * is doing the work and needs the pages. More
2748                          * importantly, if the block was always converted to
2749                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2750                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2751                          * may increase.
2752                          */
2753                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2754                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2755                                                                         NULL);
2756                         if (ret) {
2757                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2758                                 return ret;
2759                         }
2760                 }
2761                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2762         }
2763
2764         return false;
2765 }
2766
2767 /*
2768  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2769  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2770  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2771  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2772  *
2773  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2774  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2775  * condition simpler.
2776  */
2777 static __always_inline bool
2778 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2779                                                 unsigned int alloc_flags)
2780 {
2781         struct free_area *area;
2782         int current_order;
2783         int min_order = order;
2784         struct page *page;
2785         int fallback_mt;
2786         bool can_steal;
2787
2788         /*
2789          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2790          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2791          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2792          */
2793         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2794                 min_order = pageblock_order;
2795
2796         /*
2797          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2798          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2799          * would be too costly to do exactly.
2800          */
2801         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2802                                 --current_order) {
2803                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2804                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2805                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2806                 if (fallback_mt == -1)
2807                         continue;
2808
2809                 /*
2810                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2811                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2812                  * steal and split the smallest available page instead of the
2813                  * largest available page, because even if the next movable
2814                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2815                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2816                  */
2817                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2818                                         && current_order > order)
2819                         goto find_smallest;
2820
2821                 goto do_steal;
2822         }
2823
2824         return false;
2825
2826 find_smallest:
2827         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2828                                                         current_order++) {
2829                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2830                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2831                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2832                 if (fallback_mt != -1)
2833                         break;
2834         }
2835
2836         /*
2837          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2838          * when looking for the largest page.
2839          */
2840         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2841
2842 do_steal:
2843         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2844
2845         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2846                                                                 can_steal);
2847
2848         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2849                 start_migratetype, fallback_mt);
2850
2851         return true;
2852
2853 }
2854
2855 /*
2856  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2857  * Call me with the zone->lock already held.
2858  */
2859 static __always_inline struct page *
2860 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2861                                                 unsigned int alloc_flags)
2862 {
2863         struct page *page;
2864
2865 #ifdef CONFIG_CMA
2866         /*
2867          * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2868          * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2869          * is in the CMA area.
2870          */
2871         if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2872             zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2873             zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2874                 page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2875                 if (page)
2876                         return page;
2877         }
2878 #endif
2879 retry:
2880         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2881         if (unlikely(!page)) {
2882                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2883                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2884
2885                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2886                                                                 alloc_flags))
2887                         goto retry;
2888         }
2889
2890         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2891         return page;
2892 }
2893
2894 /*
2895  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2896  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2897  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2898  */
2899 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2900                         unsigned long count, struct list_head *list,
2901                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2902 {
2903         int i, alloced = 0;
2904
2905         spin_lock(&zone->lock);
2906         for (i = 0; i < count; ++i) {
2907                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2908                                                                 alloc_flags);
2909                 if (unlikely(page == NULL))
2910                         break;
2911
2912                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2913                         continue;
2914
2915                 /*
2916                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2917                  * physical page order. The page is added to the tail of
2918                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2919                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2920                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2921                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2922                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2923                  * pages are ordered properly.
2924                  */
2925                 list_add_tail(&page->lru, list);
2926                 alloced++;
2927                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2928                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2929                                               -(1 << order));
2930         }
2931
2932         /*
2933          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2934          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2935          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2936          * pages added to the pcp list.
2937          */
2938         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2939         spin_unlock(&zone->lock);
2940         return alloced;
2941 }
2942
2943 #ifdef CONFIG_NUMA
2944 /*
2945  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2946  * currently executing processor on remote nodes after they have
2947  * expired.
2948  *
2949  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2950  * a single processor.
2951  */
2952 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2953 {
2954         unsigned long flags;
2955         int to_drain, batch;
2956
2957         local_irq_save(flags);
2958         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2959         to_drain = min(pcp->count, batch);
2960         if (to_drain > 0)
2961                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2962         local_irq_restore(flags);
2963 }
2964 #endif
2965
2966 /*
2967  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2968  *
2969  * The processor must either be the current processor and the
2970  * thread pinned to the current processor or a processor that
2971  * is not online.
2972  */
2973 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2974 {
2975         unsigned long flags;
2976         struct per_cpu_pageset *pset;
2977         struct per_cpu_pages *pcp;
2978
2979         local_irq_save(flags);
2980         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2981
2982         pcp = &pset->pcp;
2983         if (pcp->count)
2984                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2985         local_irq_restore(flags);
2986 }
2987
2988 /*
2989  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2990  *
2991  * The processor must either be the current processor and the
2992  * thread pinned to the current processor or a processor that
2993  * is not online.
2994  */
2995 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2996 {
2997         struct zone *zone;
2998
2999         for_each_populated_zone(zone) {
3000                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3001         }
3002 }
3003
3004 /*
3005  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3006  *
3007  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3008  * the single zone's pages.
3009  */
3010 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3011 {
3012         int cpu = smp_processor_id();
3013
3014         if (zone)
3015                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3016         else
3017                 drain_pages(cpu);
3018 }
3019
3020 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3021 {
3022         struct pcpu_drain *drain;
3023
3024         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3025
3026         /*
3027          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3028          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3029          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3030          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
3031          * a different one.
3032          */
3033         preempt_disable();
3034         drain_local_pages(drain->zone);
3035         preempt_enable();
3036 }
3037
3038 /*
3039  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3040  * drain on all cpus.
3041  *
3042  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3043  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3044  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3045  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3046  * optimizing racy check.
3047  */
3048 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3049 {
3050         int cpu;
3051
3052         /*
3053          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
3054          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3055          */
3056         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3057
3058         /*
3059          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3060          * initialized.
3061          */
3062         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3063                 return;
3064
3065         /*
3066          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3067          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3068          * the drain to be complete when the call returns.
3069          */
3070         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3071                 if (!zone)
3072                         return;
3073                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3074         }
3075
3076         /*
3077          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3078          * as offline notification will cause the notified
3079          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3080          * disables preemption as part of its processing
3081          */
3082         for_each_online_cpu(cpu) {
3083                 struct per_cpu_pageset *pcp;
3084                 struct zone *z;
3085                 bool has_pcps = false;
3086
3087                 if (force_all_cpus) {
3088                         /*
3089                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3090                          * guarantee that no cpu is missed.
3091                          */
3092                         has_pcps = true;
3093                 } else if (zone) {
3094                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3095                         if (pcp->pcp.count)
3096                                 has_pcps = true;
3097                 } else {
3098                         for_each_populated_zone(z) {
3099                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
3100                                 if (pcp->pcp.count) {
3101                                         has_pcps = true;
3102                                         break;
3103                                 }
3104                         }
3105                 }
3106
3107                 if (has_pcps)
3108                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3109                 else
3110                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3111         }
3112
3113         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3114                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3115
3116                 drain->zone = zone;
3117                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3118                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3119         }
3120         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3121                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3122
3123         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3124 }
3125
3126 /*
3127  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3128  *
3129  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3130  *
3131  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3132  */
3133 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3134 {
3135         __drain_all_pages(zone, false);
3136 }
3137
3138 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3139
3140 /*
3141  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3142  */
3143 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3144
3145 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3146 {
3147         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3148         unsigned long flags;
3149         unsigned int order, t;
3150         struct page *page;
3151
3152         if (zone_is_empty(zone))
3153                 return;
3154
3155         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3156
3157         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3158         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3159                 if (pfn_valid(pfn)) {
3160                         page = pfn_to_page(pfn);
3161
3162                         if (!--page_count) {
3163                                 touch_nmi_watchdog();
3164                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3165                         }
3166
3167                         if (page_zone(page) != zone)
3168                                 continue;
3169
3170                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3171                                 swsusp_unset_page_free(page);
3172                 }
3173
3174         for_each_migratetype_order(order, t) {
3175                 list_for_each_entry(page,
3176                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3177                         unsigned long i;
3178
3179                         pfn = page_to_pfn(page);
3180                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3181                                 if (!--page_count) {
3182                                         touch_nmi_watchdog();
3183                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3184                                 }
3185                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3186                         }
3187                 }
3188         }
3189         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3190 }
3191 #endif /* CONFIG_PM */
3192
3193 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3194 {
3195         int migratetype;
3196
3197         if (!free_pcp_prepare(page))
3198                 return false;
3199
3200         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3201         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3202         return true;
3203 }
3204
3205 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3206 {
3207         struct zone *zone = page_zone(page);
3208         struct per_cpu_pages *pcp;
3209         int migratetype;
3210
3211         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3212         __count_vm_event(PGFREE);
3213
3214         /*
3215          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3216          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3217          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3218          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3219          * excessively into the page allocator
3220          */
3221         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3222                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3223                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype,
3224                                       FPI_NONE);
3225                         return;
3226                 }
3227                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3228         }
3229
3230         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3231         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3232         pcp->count++;
3233         if (pcp->count >= READ_ONCE(pcp->high))
3234                 free_pcppages_bulk(zone, READ_ONCE(pcp->batch), pcp);
3235 }
3236
3237 /*
3238  * Free a 0-order page
3239  */
3240 void free_unref_page(struct page *page)
3241 {
3242         unsigned long flags;
3243         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3244
3245         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3246                 return;
3247
3248         local_irq_save(flags);
3249         free_unref_page_commit(page, pfn);
3250         local_irq_restore(flags);
3251 }
3252
3253 /*
3254  * Free a list of 0-order pages
3255  */
3256 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3257 {
3258         struct page *page, *next;
3259         unsigned long flags, pfn;
3260         int batch_count = 0;
3261
3262         /* Prepare pages for freeing */
3263         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3264                 pfn = page_to_pfn(page);
3265                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3266                         list_del(&page->lru);
3267                 set_page_private(page, pfn);
3268         }
3269
3270         local_irq_save(flags);
3271         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3272                 unsigned long pfn = page_private(page);
3273
3274                 set_page_private(page, 0);
3275                 trace_mm_page_free_batched(page);
3276                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3277
3278                 /*
3279                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3280                  * a large list of pages to free.
3281                  */
3282                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3283                         local_irq_restore(flags);
3284                         batch_count = 0;
3285                         local_irq_save(flags);
3286                 }
3287         }
3288         local_irq_restore(flags);
3289 }
3290
3291 /*
3292  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3293  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3294  * Each sub-page must be freed individually.
3295  *
3296  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3297  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3298  */
3299 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3300 {
3301         int i;
3302
3303         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3304         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3305
3306         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3307                 set_page_refcounted(page + i);
3308         split_page_owner(page, 1 << order);
3309 }
3310 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3311
3312 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3313 {
3314         unsigned long watermark;
3315         struct zone *zone;
3316         int mt;
3317
3318         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3319
3320         zone = page_zone(page);
3321         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3322
3323         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3324                 /*
3325                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3326                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3327                  * watermark, because we already know our high-order page
3328                  * exists.
3329                  */
3330                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3331                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3332                         return 0;
3333
3334                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3335         }
3336
3337         /* Remove page from free list */
3338
3339         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3340
3341         /*
3342          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3343          * pageblock
3344          */
3345         if (order >= pageblock_order - 1) {
3346                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3347                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3348                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3349                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3350                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3351                                 set_pageblock_migratetype(page,
3352                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3353                 }
3354         }
3355
3356
3357         return 1UL << order;
3358 }
3359
3360 /**
3361  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3362  * @page: Page that was isolated
3363  * @order: Order of the isolated page
3364  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3365  *
3366  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3367  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3368  */
3369 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3370 {
3371         struct zone *zone = page_zone(page);
3372
3373         /* zone lock should be held when this function is called */
3374         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3375
3376         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3377         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3378                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3379 }
3380
3381 /*
3382  * Update NUMA hit/miss statistics
3383  *
3384  * Must be called with interrupts disabled.
3385  */
3386 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3387 {
3388 #ifdef CONFIG_NUMA
3389         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3390
3391         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3392         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3393                 return;
3394
3395         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3396                 local_stat = NUMA_OTHER;
3397
3398         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3399                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3400         else {
3401                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3402                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3403         }
3404         __inc_numa_state(z, local_stat);
3405 #endif
3406 }
3407
3408 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3409 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3410                         unsigned int alloc_flags,
3411                         struct per_cpu_pages *pcp,
3412                         struct list_head *list)
3413 {
3414         struct page *page;
3415
3416         do {
3417                 if (list_empty(list)) {
3418                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3419                                         READ_ONCE(pcp->batch), list,
3420                                         migratetype, alloc_flags);
3421                         if (unlikely(list_empty(list)))
3422                                 return NULL;
3423                 }
3424
3425                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3426                 list_del(&page->lru);
3427                 pcp->count--;
3428         } while (check_new_pcp(page));
3429
3430         return page;
3431 }
3432
3433 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3434 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3435                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3436                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3437 {
3438         struct per_cpu_pages *pcp;
3439         struct list_head *list;
3440         struct page *page;
3441         unsigned long flags;
3442
3443         local_irq_save(flags);
3444         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3445         list = &pcp->lists[migratetype];
3446         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3447         if (page) {
3448                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3449                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3450         }
3451         local_irq_restore(flags);
3452         return page;
3453 }
3454
3455 /*
3456  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3457  */
3458 static inline
3459 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3460                         struct zone *zone, unsigned int order,
3461                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3462                         int migratetype)
3463 {
3464         unsigned long flags;
3465         struct page *page;
3466
3467         if (likely(order == 0)) {
3468                 /*
3469                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3470                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3471                  */
3472                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3473                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3474                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3475                                         migratetype, alloc_flags);
3476                         goto out;
3477                 }
3478         }
3479
3480         /*
3481          * We most definitely don't want callers attempting to
3482          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3483          */
3484         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3485         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3486
3487         do {
3488                 page = NULL;
3489                 /*
3490                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3491                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3492                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3493                  * request should skip it.
3494                  */
3495                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3496                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3497                         if (page)
3498                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3499                 }
3500                 if (!page)
3501                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3502         } while (page && check_new_pages(page, order));
3503         spin_unlock(&zone->lock);
3504         if (!page)
3505                 goto failed;
3506         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3507                                   get_pcppage_migratetype(page));
3508
3509         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3510         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3511         local_irq_restore(flags);
3512
3513 out:
3514         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3515         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3516                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3517                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3518         }
3519
3520         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3521         return page;
3522
3523 failed:
3524         local_irq_restore(flags);
3525         return NULL;
3526 }
3527
3528 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3529
3530 static struct {
3531         struct fault_attr attr;
3532
3533         bool ignore_gfp_highmem;
3534         bool ignore_gfp_reclaim;
3535         u32 min_order;
3536 } fail_page_alloc = {
3537         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3538         .ignore_gfp_reclaim = true,
3539         .ignore_gfp_highmem = true,
3540         .min_order = 1,
3541 };
3542
3543 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3544 {
3545         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3546 }
3547 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3548
3549 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3550 {
3551         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3552                 return false;
3553         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3554                 return false;
3555         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3556                 return false;
3557         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3558                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3559                 return false;
3560
3561         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3562 }
3563
3564 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3565
3566 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3567 {
3568         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3569         struct dentry *dir;
3570
3571         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3572                                         &fail_page_alloc.attr);
3573
3574         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3575                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3576         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3577                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3578         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3579
3580         return 0;
3581 }
3582
3583 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3584
3585 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3586
3587 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3588
3589 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3590 {
3591         return false;
3592 }
3593
3594 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3595
3596 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3597 {
3598         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3599 }
3600 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3601
3602 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3603                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3604 {
3605         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3606         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3607
3608         /*
3609          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3610          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3611          * atomic reserve but it avoids a search.
3612          */
3613         if (likely(!alloc_harder))
3614                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3615
3616 #ifdef CONFIG_CMA
3617         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3618         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3619                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3620 #endif
3621
3622         return unusable_free;
3623 }
3624
3625 /*
3626  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3627  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3628  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3629  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3630  */
3631 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3632                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3633                          long free_pages)
3634 {
3635         long min = mark;
3636         int o;
3637         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3638
3639         /* free_pages may go negative - that's OK */
3640         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3641
3642         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3643                 min -= min / 2;
3644
3645         if (unlikely(alloc_harder)) {
3646                 /*
3647                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3648                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3649                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3650                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3651                  */
3652                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3653                         min -= min / 2;
3654                 else
3655                         min -= min / 4;
3656         }
3657
3658         /*
3659          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3660          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3661          * even if a suitable page happened to be free.
3662          */
3663         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3664                 return false;
3665
3666         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3667         if (!order)
3668                 return true;
3669
3670         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3671         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3672                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3673                 int mt;
3674
3675                 if (!area->nr_free)
3676                         continue;
3677
3678                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3679                         if (!free_area_empty(area, mt))
3680                                 return true;
3681                 }
3682
3683 #ifdef CONFIG_CMA
3684                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3685                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3686                         return true;
3687                 }
3688 #endif
3689                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3690                         return true;
3691         }
3692         return false;
3693 }
3694
3695 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3696                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3697 {
3698         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3699                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3700 }
3701
3702 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3703                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3704                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3705 {
3706         long free_pages;
3707
3708         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3709
3710         /*
3711          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3712          * need to be calculated.
3713          */
3714         if (!order) {
3715                 long fast_free;
3716
3717                 fast_free = free_pages;
3718                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3719                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3720                         return true;
3721         }
3722
3723         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3724                                         free_pages))
3725                 return true;
3726         /*
3727          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3728          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3729          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3730          * when below the low watermark.
3731          */
3732         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3733                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3734                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3735                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3736                                         alloc_flags, free_pages);
3737         }
3738
3739         return false;
3740 }
3741
3742 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3743                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3744 {
3745         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3746
3747         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3748                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3749
3750         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3751                                                                 free_pages);
3752 }
3753
3754 #ifdef CONFIG_NUMA
3755 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3756 {
3757         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3758                                 node_reclaim_distance;
3759 }
3760 #else   /* CONFIG_NUMA */
3761 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3762 {
3763         return true;
3764 }
3765 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3766
3767 /*
3768  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3769  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3770  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3771  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3772  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3773  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3774  */
3775 static inline unsigned int
3776 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3777 {
3778         unsigned int alloc_flags;
3779
3780         /*
3781          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3782          * to save a branch.
3783          */
3784         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3785
3786 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3787         if (!zone)
3788                 return alloc_flags;
3789
3790         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3791                 return alloc_flags;
3792
3793         /*
3794          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3795          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3796          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3797          */
3798         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3799         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3800                 return alloc_flags;
3801
3802         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3803 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3804         return alloc_flags;
3805 }
3806
3807 static inline unsigned int current_alloc_flags(gfp_t gfp_mask,
3808                                         unsigned int alloc_flags)
3809 {
3810 #ifdef CONFIG_CMA
3811         unsigned int pflags = current->flags;
3812
3813         if (!(pflags & PF_MEMALLOC_NOCMA) &&
3814                         gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3815                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3816
3817 #endif
3818         return alloc_flags;
3819 }
3820
3821 /*
3822  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3823  * a page.
3824  */
3825 static struct page *
3826 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3827                                                 const struct alloc_context *ac)
3828 {
3829         struct zoneref *z;
3830         struct zone *zone;
3831         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3832         bool no_fallback;
3833
3834 retry:
3835         /*
3836          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3837          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3838          */
3839         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3840         z = ac->preferred_zoneref;
3841         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3842                                         ac->nodemask) {
3843                 struct page *page;
3844                 unsigned long mark;
3845
3846                 if (cpusets_enabled() &&
3847                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3848                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3849                                 continue;
3850                 /*
3851                  * When allocating a page cache page for writing, we
3852                  * want to get it from a node that is within its dirty
3853                  * limit, such that no single node holds more than its
3854                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3855                  * The dirty limits take into account the node's
3856                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3857                  * should be able to balance it without having to
3858                  * write pages from its LRU list.
3859                  *
3860                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3861                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3862                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3863                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3864                  * nodes are together not big enough to reach the
3865                  * global limit.  The proper fix for these situations
3866                  * will require awareness of nodes in the
3867                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3868                  */
3869                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3870                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3871                                 continue;
3872
3873                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3874                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3875                                 continue;
3876                         }
3877                 }
3878
3879                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3880                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3881                         int local_nid;
3882
3883                         /*
3884                          * If moving to a remote node, retry but allow
3885                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3886                          * than fragmentation avoidance.
3887                          */
3888                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3889                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3890                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3891                                 goto retry;
3892                         }
3893                 }
3894
3895                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3896                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3897                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3898                                        gfp_mask)) {
3899                         int ret;
3900
3901 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3902                         /*
3903                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3904                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3905                          */
3906                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3907                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3908                                         goto try_this_zone;
3909                         }
3910 #endif
3911                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3912                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3913                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3914                                 goto try_this_zone;
3915
3916                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3917                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3918                                 continue;
3919
3920                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3921                         switch (ret) {
3922                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3923                                 /* did not scan */
3924                                 continue;
3925                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3926                                 /* scanned but unreclaimable */
3927                                 continue;
3928                         default:
3929                                 /* did we reclaim enough */
3930                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3931                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3932                                         goto try_this_zone;
3933
3934                                 continue;
3935                         }
3936                 }
3937
3938 try_this_zone:
3939                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3940                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3941                 if (page) {
3942                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3943
3944                         /*
3945                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3946                          * if the pageblock should be reserved for the future
3947                          */
3948                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3949                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3950
3951                         return page;
3952                 } else {
3953 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3954                         /* Try again if zone has deferred pages */
3955                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3956                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3957                                         goto try_this_zone;
3958                         }
3959 #endif
3960                 }
3961         }
3962
3963         /*
3964          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3965          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3966          */
3967         if (no_fallback) {
3968                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3969                 goto retry;
3970         }
3971
3972         return NULL;
3973 }
3974
3975 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3976 {
3977         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3978
3979         /*
3980          * This documents exceptions given to allocations in certain
3981          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3982          * of allowed nodes.
3983          */
3984         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3985                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3986                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3987                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3988         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3989                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3990
3991         show_mem(filter, nodemask);
3992 }
3993
3994 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3995 {
3996         struct va_format vaf;
3997         va_list args;
3998         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3999
4000         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
4001                 return;
4002
4003         va_start(args, fmt);
4004         vaf.fmt = fmt;
4005         vaf.va = &args;
4006         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4007                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4008                         nodemask_pr_args(nodemask));
4009         va_end(args);
4010
4011         cpuset_print_current_mems_allowed();
4012         pr_cont("\n");
4013         dump_stack();
4014         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4015 }
4016
4017 static inline struct page *
4018 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4019                               unsigned int alloc_flags,
4020                               const struct alloc_context *ac)
4021 {
4022         struct page *page;
4023
4024         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4025                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4026         /*
4027          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4028          * are depleted
4029          */
4030         if (!page)
4031                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4032                                 alloc_flags, ac);
4033
4034         return page;
4035 }
4036
4037 static inline struct page *
4038 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4039         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4040 {
4041         struct oom_control oc = {
4042                 .zonelist = ac->zonelist,
4043                 .nodemask = ac->nodemask,
4044                 .memcg = NULL,
4045                 .gfp_mask = gfp_mask,
4046                 .order = order,
4047         };
4048         struct page *page;
4049
4050         *did_some_progress = 0;
4051
4052         /*
4053          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4054          * making progress for us.
4055          */
4056         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4057                 *did_some_progress = 1;
4058                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4059                 return NULL;
4060         }
4061
4062         /*
4063          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4064          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4065          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4066          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4067          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4068          */
4069         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4070                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4071                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4072         if (page)
4073                 goto out;
4074
4075         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4076         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4077                 goto out;
4078         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4079         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4080                 goto out;
4081         /*
4082          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4083          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4084          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4085          * fallback than shooting a random task.
4086          *
4087          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4088          */
4089         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4090                 goto out;
4091         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4092         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4093                 goto out;
4094         if (pm_suspended_storage())
4095                 goto out;
4096         /*
4097          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4098          * other request to make a forward progress.
4099          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4100          * do much for this context but let's try it to at least get
4101          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4102          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4103          * failures more gracefully we should just bail out here.
4104          */
4105
4106         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4107         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4108                 *did_some_progress = 1;
4109
4110                 /*
4111                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4112                  * reserves
4113                  */
4114                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4115                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4116                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4117         }
4118 out:
4119         mutex_unlock(&oom_lock);
4120         return page;
4121 }
4122
4123 /*
4124  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
4125  * killer is consider as the only way to move forward.
4126  */
4127 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4128
4129 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4130 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4131 static struct page *
4132 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4133                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4134                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4135 {
4136         struct page *page = NULL;
4137         unsigned long pflags;
4138         unsigned int noreclaim_flag;
4139
4140         if (!order)
4141                 return NULL;
4142
4143         psi_memstall_enter(&pflags);
4144         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4145
4146         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4147                                                                 prio, &page);
4148
4149         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4150         psi_memstall_leave(&pflags);
4151
4152         /*
4153          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4154          * count a compaction stall
4155          */
4156         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4157
4158         /* Prep a captured page if available */
4159         if (page)
4160                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4161
4162         /* Try get a page from the freelist if available */
4163         if (!page)
4164                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4165
4166         if (page) {
4167                 struct zone *zone = page_zone(page);
4168
4169                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4170                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4171                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4172                 return page;
4173         }
4174
4175         /*
4176          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4177          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4178          */
4179         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4180
4181         cond_resched();
4182
4183         return NULL;
4184 }
4185
4186 static inline bool
4187 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4188                      enum compact_result compact_result,
4189                      enum compact_priority *compact_priority,
4190                      int *compaction_retries)
4191 {
4192         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4193         int min_priority;
4194         bool ret = false;
4195         int retries = *compaction_retries;
4196         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4197
4198         if (!order)
4199                 return false;
4200
4201         if (compaction_made_progress(compact_result))
4202                 (*compaction_retries)++;
4203
4204         /*
4205          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4206          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4207          * failure could be caused by insufficient priority
4208          */
4209         if (compaction_failed(compact_result))
4210                 goto check_priority;
4211
4212         /*
4213          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4214          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4215          */
4216         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4217                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4218                 goto out;
4219         }
4220
4221         /*
4222          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4223          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4224          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4225          * we don't just keep bailing out endlessly.
4226          */
4227         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4228                 goto check_priority;
4229         }
4230
4231         /*
4232          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4233          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4234          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4235          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4236          * would need much more detailed feedback from compaction to
4237          * make a better decision.
4238          */
4239         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4240                 max_retries /= 4;
4241         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4242                 ret = true;
4243                 goto out;
4244         }
4245
4246         /*
4247          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4248          * all retries or failed at the lower priorities.
4249          */
4250 check_priority:
4251         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4252                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4253
4254         if (*compact_priority > min_priority) {
4255                 (*compact_priority)--;
4256                 *compaction_retries = 0;
4257                 ret = true;
4258         }
4259 out:
4260         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4261         return ret;
4262 }
4263 #else
4264 static inline struct page *
4265 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4266                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4267                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4268 {
4269         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4270         return NULL;
4271 }
4272
4273 static inline bool
4274 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4275                      enum compact_result compact_result,
4276                      enum compact_priority *compact_priority,
4277                      int *compaction_retries)
4278 {
4279         struct zone *zone;
4280         struct zoneref *z;
4281
4282         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4283                 return false;
4284
4285         /*
4286          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4287          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4288          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4289          * watermarks are OK.
4290          */
4291         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4292                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4293                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4294                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4295                         return true;
4296         }
4297         return false;
4298 }
4299 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4300
4301 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4302 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4303         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4304
4305 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4306 {
4307         /* no reclaim without waiting on it */
4308         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4309                 return false;
4310
4311         /* this guy won't enter reclaim */
4312         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4313                 return false;
4314
4315         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4316                 return false;
4317
4318         return true;
4319 }
4320
4321 void __fs_reclaim_acquire(void)
4322 {
4323         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4324 }
4325
4326 void __fs_reclaim_release(void)
4327 {
4328         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4329 }
4330
4331 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4332 {
4333         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4334
4335         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4336                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4337                         __fs_reclaim_acquire();
4338
4339 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4340                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4341                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4342 #endif
4343
4344         }
4345 }
4346 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4347
4348 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4349 {
4350         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4351
4352         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4353                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4354                         __fs_reclaim_release();
4355         }
4356 }
4357 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4358 #endif
4359
4360 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4361 static unsigned long
4362 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4363                                         const struct alloc_context *ac)
4364 {
4365         unsigned int noreclaim_flag;
4366         unsigned long pflags, progress;
4367
4368         cond_resched();
4369
4370         /* We now go into synchronous reclaim */
4371         cpuset_memory_pressure_bump();
4372         psi_memstall_enter(&pflags);
4373         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4374         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4375
4376         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4377                                                                 ac->nodemask);
4378
4379         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4380         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4381         psi_memstall_leave(&pflags);
4382
4383         cond_resched();
4384
4385         return progress;
4386 }
4387
4388 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4389 static inline struct page *
4390 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4391                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4392                 unsigned long *did_some_progress)
4393 {
4394         struct page *page = NULL;
4395         bool drained = false;
4396
4397         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4398         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4399                 return NULL;
4400
4401 retry:
4402         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4403
4404         /*
4405          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4406          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4407          * Shrink them and try again
4408          */
4409         if (!page && !drained) {
4410                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4411                 drain_all_pages(NULL);
4412                 drained = true;
4413                 goto retry;
4414         }
4415
4416         return page;
4417 }
4418
4419 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4420                              const struct alloc_context *ac)
4421 {
4422         struct zoneref *z;
4423         struct zone *zone;
4424         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4425         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4426
4427         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4428                                         ac->nodemask) {
4429                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4430                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4431                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4432         }
4433 }
4434
4435 static inline unsigned int
4436 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4437 {
4438         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4439
4440         /*
4441          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4442          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4443          * to save two branches.
4444          */
4445         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4446         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4447
4448         /*
4449          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4450          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4451          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4452          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4453          */
4454         alloc_flags |= (__force int)
4455                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4456
4457         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4458                 /*
4459                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4460                  * if it can't schedule.
4461                  */
4462                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4463                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4464                 /*
4465                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4466                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4467                  */
4468                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4469         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4470                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4471
4472         alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, alloc_flags);
4473
4474         return alloc_flags;
4475 }
4476
4477 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4478 {
4479         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4480                 return false;
4481
4482         /*
4483          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4484          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4485          */
4486         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4487                 return false;
4488
4489         return true;
4490 }
4491
4492 /*
4493  * Distinguish requests which really need access to full memory
4494  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4495  */
4496 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4497 {
4498         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4499                 return 0;
4500         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4501                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4502         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4503                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4504         if (!in_interrupt()) {
4505                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4506                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4507                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4508                         return ALLOC_OOM;
4509         }
4510
4511         return 0;
4512 }
4513
4514 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4515 {
4516         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4517 }
4518
4519 /*
4520  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4521  * for the given allocation request.
4522  *
4523  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4524  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4525  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4526  *
4527  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4528  */
4529 static inline bool
4530 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4531                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4532                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4533 {
4534         struct zone *zone;
4535         struct zoneref *z;
4536         bool ret = false;
4537
4538         /*
4539          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4540          * their order will become available due to high fragmentation so
4541          * always increment the no progress counter for them
4542          */
4543         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4544                 *no_progress_loops = 0;
4545         else
4546                 (*no_progress_loops)++;
4547
4548         /*
4549          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4550          * several times in the row.
4551          */
4552         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4553                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4554                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4555         }
4556
4557         /*
4558          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4559          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4560          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4561          * screwed and have to go OOM.
4562          */
4563         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4564                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4565                 unsigned long available;
4566                 unsigned long reclaimable;
4567                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4568                 bool wmark;
4569
4570                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4571                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4572
4573                 /*
4574                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4575                  * reclaimable pages?
4576                  */
4577                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4578                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4579                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4580                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4581                 if (wmark) {
4582                         /*
4583                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4584                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4585                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4586                          * prevent from pre mature OOM
4587                          */
4588                         if (!did_some_progress) {
4589                                 unsigned long write_pending;
4590
4591                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4592                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4593
4594                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4595                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4596                                         return true;
4597                                 }
4598                         }
4599
4600                         ret = true;
4601                         goto out;
4602                 }
4603         }
4604
4605 out:
4606         /*
4607          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4608          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4609          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4610          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4611          * here rather than calling cond_resched().
4612          */
4613         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4614                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4615         else
4616                 cond_resched();
4617         return ret;
4618 }
4619
4620 static inline bool
4621 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4622 {
4623         /*
4624          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4625          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4626          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4627          * such a way the check therein was true, and then it became false
4628          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4629          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4630          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4631          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4632          * caller can deal with a violated nodemask.
4633          */
4634         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4635                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4636                 ac->nodemask = NULL;
4637                 return true;
4638         }
4639
4640         /*
4641          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4642          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4643          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4644          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4645          * retry.
4646          */
4647         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4648                 return true;
4649
4650         return false;
4651 }
4652
4653 static inline struct page *
4654 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4655                                                 struct alloc_context *ac)
4656 {
4657         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4658         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4659         struct page *page = NULL;
4660         unsigned int alloc_flags;
4661         unsigned long did_some_progress;
4662         enum compact_priority compact_priority;
4663         enum compact_result compact_result;
4664         int compaction_retries;
4665         int no_progress_loops;
4666         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4667         int reserve_flags;
4668
4669         /*
4670          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4671          * callers that are not in atomic context.
4672          */
4673         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4674                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4675                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4676
4677 retry_cpuset:
4678         compaction_retries = 0;
4679         no_progress_loops = 0;
4680         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4681         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4682
4683         /*
4684          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4685          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4686          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4687          */
4688         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4689
4690         /*
4691          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4692          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4693          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4694          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4695          */
4696         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4697                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4698         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4699                 goto nopage;
4700
4701         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4702                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4703
4704         /*
4705          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4706          * that first
4707          */
4708         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4709         if (page)
4710                 goto got_pg;
4711
4712         /*
4713          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4714          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4715          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4716          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4717          * same migratetype.
4718          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4719          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4720          */
4721         if (can_direct_reclaim &&
4722                         (costly_order ||
4723                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4724                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4725                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4726                                                 alloc_flags, ac,
4727                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4728                                                 &compact_result);
4729                 if (page)
4730                         goto got_pg;
4731
4732                 /*
4733                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4734                  * includes some THP page fault allocations
4735                  */
4736                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4737                         /*
4738                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4739                          * failed because all zones are below low watermarks
4740                          * or is prohibited because it recently failed at this
4741                          * order, fail immediately unless the allocator has
4742                          * requested compaction and reclaim retry.
4743                          *
4744                          * Reclaim is
4745                          *  - potentially very expensive because zones are far
4746                          *    below their low watermarks or this is part of very
4747                          *    bursty high order allocations,
4748                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4749                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4750                          *    linear scan, and
4751                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4752                          *    own.
4753                          */
4754                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4755                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4756                                 goto nopage;
4757
4758                         /*
4759                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4760                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4761                          * using async compaction.
4762                          */
4763                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4764                 }
4765         }
4766
4767 retry:
4768         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4769         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4770                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4771
4772         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4773         if (reserve_flags)
4774                 alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, reserve_flags);
4775
4776         /*
4777          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4778          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4779          * user oriented.
4780          */
4781         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4782                 ac->nodemask = NULL;
4783                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4784                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4785         }
4786
4787         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4788         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4789         if (page)
4790                 goto got_pg;
4791
4792         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4793         if (!can_direct_reclaim)
4794                 goto nopage;
4795
4796         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4797         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4798                 goto nopage;
4799
4800         /* Try direct reclaim and then allocating */
4801         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4802                                                         &did_some_progress);
4803         if (page)
4804                 goto got_pg;
4805
4806         /* Try direct compaction and then allocating */
4807         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4808                                         compact_priority, &compact_result);
4809         if (page)
4810                 goto got_pg;
4811
4812         /* Do not loop if specifically requested */
4813         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4814                 goto nopage;
4815
4816         /*
4817          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4818          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4819          */
4820         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4821                 goto nopage;
4822
4823         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4824                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4825                 goto retry;
4826
4827         /*
4828          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4829          * reclaim is not able to make any progress because the current
4830          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4831          * of free memory (see __compaction_suitable)
4832          */
4833         if (did_some_progress > 0 &&
4834                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4835                                 compact_result, &compact_priority,
4836                                 &compaction_retries))
4837                 goto retry;
4838
4839
4840         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4841         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4842                 goto retry_cpuset;
4843
4844         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4845         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4846         if (page)
4847                 goto got_pg;
4848
4849         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4850         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4851             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4852              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4853                 goto nopage;
4854
4855         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4856         if (did_some_progress) {
4857                 no_progress_loops = 0;
4858                 goto retry;
4859         }
4860
4861 nopage:
4862         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4863         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4864                 goto retry_cpuset;
4865
4866         /*
4867          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4868          * we always retry
4869          */
4870         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4871                 /*
4872                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4873                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4874                  */
4875                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4876                         goto fail;
4877
4878                 /*
4879                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4880                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4881                  * for somebody to do a work for us
4882                  */
4883                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4884
4885                 /*
4886                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4887                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4888                  * so that we can identify them and convert them to something
4889                  * else.
4890                  */
4891                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4892
4893                 /*
4894                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4895                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4896                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4897                  * the situation worse
4898                  */
4899                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4900                 if (page)
4901                         goto got_pg;
4902
4903                 cond_resched();
4904                 goto retry;
4905         }
4906 fail:
4907         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4908                         "page allocation failure: order:%u", order);
4909 got_pg:
4910         return page;
4911 }
4912
4913 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4914                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4915                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4916                 unsigned int *alloc_flags)
4917 {
4918         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4919         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4920         ac->nodemask = nodemask;
4921         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4922
4923         if (cpusets_enabled()) {
4924                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4925                 /*
4926                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4927                  * to the current task context. It means that any node ok.
4928                  */
4929                 if (!in_interrupt() && !ac->nodemask)
4930                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4931                 else
4932                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4933         }
4934
4935         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4936         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4937
4938         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4939
4940         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4941                 return false;
4942
4943         *alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, *alloc_flags);
4944
4945         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4946         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4947
4948         /*
4949          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4950          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4951          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4952          */
4953         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4954                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4955
4956         return true;
4957 }
4958
4959 /*
4960  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4961  */
4962 struct page *
4963 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4964                                                         nodemask_t *nodemask)
4965 {
4966         struct page *page;
4967         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4968         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4969         struct alloc_context ac = { };
4970
4971         /*
4972          * There are several places where we assume that the order value is sane
4973          * so bail out early if the request is out of bound.
4974          */
4975         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4976                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4977                 return NULL;
4978         }
4979
4980         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4981         alloc_mask = gfp_mask;
4982         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4983                 return NULL;
4984
4985         /*
4986          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4987          * memory until all local zones are considered.
4988          */
4989         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4990
4991         /* First allocation attempt */
4992         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4993         if (likely(page))
4994                 goto out;
4995
4996         /*
4997          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4998          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4999          * from a particular context which has been marked by
5000          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
5001          */
5002         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
5003         ac.spread_dirty_pages = false;
5004
5005         /*
5006          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5007          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5008          */
5009         ac.nodemask = nodemask;
5010
5011         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
5012
5013 out:
5014         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5015             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp_mask, order) != 0)) {
5016                 __free_pages(page, order);
5017                 page = NULL;
5018         }
5019
5020         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
5021
5022         return page;
5023 }
5024 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
5025
5026 /*
5027  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5028  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5029  * you need to access high mem.
5030  */
5031 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5032 {
5033         struct page *page;
5034
5035         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5036         if (!page)
5037                 return 0;
5038         return (unsigned long) page_address(page);
5039 }
5040 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5041
5042 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5043 {
5044         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5045 }
5046 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5047
5048 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
5049 {
5050         if (order == 0)         /* Via pcp? */
5051                 free_unref_page(page);
5052         else
5053                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
5054 }
5055
5056 /**
5057  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5058  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5059  * @order: The order of the allocation.
5060  *
5061  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5062  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5063  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5064  * than was allocated will probably emit a warning.
5065  *
5066  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5067  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5068  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5069  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5070  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5071  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5072  *
5073  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5074  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5075  */
5076 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5077 {
5078         if (put_page_testzero(page))
5079                 free_the_page(page, order);
5080         else if (!PageHead(page))
5081                 while (order-- > 0)
5082                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5083 }
5084 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5085
5086 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5087 {
5088         if (addr != 0) {
5089                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5090                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5091         }
5092 }
5093
5094 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5095
5096 /*
5097  * Page Fragment:
5098  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5099  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5100  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5101  *
5102  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5103  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5104  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5105  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5106  */
5107 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5108                                              gfp_t gfp_mask)
5109 {
5110         struct page *page = NULL;
5111         gfp_t gfp = gfp_mask;
5112
5113 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5114         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5115                     __GFP_NOMEMALLOC;
5116         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5117                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5118         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5119 #endif
5120         if (unlikely(!page))
5121                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5122
5123         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5124
5125         return page;
5126 }
5127
5128 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5129 {
5130         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5131
5132         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5133                 free_the_page(page, compound_order(page));
5134 }
5135 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5136
5137 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
5138                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
5139 {
5140         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5141         struct page *page;
5142         int offset;
5143
5144         if (unlikely(!nc->va)) {
5145 refill:
5146                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5147                 if (!page)
5148                         return NULL;
5149
5150 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5151                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5152                 size = nc->size;
5153 #endif
5154                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5155                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5156                  */
5157                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5158
5159                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5160                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5161                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5162                 nc->offset = size;
5163         }
5164
5165         offset = nc->offset - fragsz;
5166         if (unlikely(offset < 0)) {
5167                 page = virt_to_page(nc->va);
5168
5169                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5170                         goto refill;
5171
5172                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5173                         free_the_page(page, compound_order(page));
5174                         goto refill;
5175                 }
5176
5177 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5178                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5179                 size = nc->size;
5180 #endif
5181                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5182                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5183
5184                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5185                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5186                 offset = size - fragsz;
5187         }
5188
5189         nc->pagecnt_bias--;
5190         nc->offset = offset;
5191
5192         return nc->va + offset;
5193 }
5194 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
5195
5196 /*
5197  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5198  */
5199 void page_frag_free(void *addr)
5200 {
5201         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5202
5203         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5204                 free_the_page(page, compound_order(page));
5205 }
5206 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5207
5208 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5209                 size_t size)
5210 {
5211         if (addr) {
5212                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5213                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5214
5215                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5216                 while (used < alloc_end) {
5217                         free_page(used);
5218                         used += PAGE_SIZE;
5219                 }
5220         }
5221         return (void *)addr;
5222 }
5223
5224 /**
5225  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5226  * @size: the number of bytes to allocate
5227  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5228  *
5229  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5230  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5231  * allocate memory in power-of-two pages.
5232  *
5233  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5234  *
5235  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5236  *
5237  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5238  */
5239 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5240 {
5241         unsigned int order = get_order(size);
5242         unsigned long addr;
5243
5244         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5245                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5246
5247         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5248         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5249 }
5250 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5251
5252 /**
5253  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5254  *                         pages on a node.
5255  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5256  * @size: the number of bytes to allocate
5257  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5258  *
5259  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5260  * back.
5261  *
5262  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5263  */
5264 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5265 {
5266         unsigned int order = get_order(size);
5267         struct page *p;
5268
5269         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5270                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5271
5272         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5273         if (!p)
5274                 return NULL;
5275         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5276 }
5277
5278 /**
5279  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5280  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5281  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5282  *
5283  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5284  */
5285 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5286 {
5287         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5288         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5289
5290         while (addr < end) {
5291                 free_page(addr);
5292                 addr += PAGE_SIZE;
5293         }
5294 }
5295 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5296
5297 /**
5298  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5299  * @offset: The zone index of the highest zone
5300  *
5301  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5302  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5303  * zone, the number of pages is calculated as:
5304  *
5305  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5306  *
5307  * Return: number of pages beyond high watermark.
5308  */
5309 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5310 {
5311         struct zoneref *z;
5312         struct zone *zone;
5313
5314         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5315         unsigned long sum = 0;
5316
5317         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5318
5319         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5320                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5321                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5322                 if (size > high)
5323                         sum += size - high;
5324         }
5325
5326         return sum;
5327 }
5328
5329 /**
5330  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5331  *
5332  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5333  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5334  *
5335  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5336  * ZONE_NORMAL.
5337  */
5338 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5339 {
5340         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5341 }
5342 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5343
5344 static inline void show_node(struct zone *zone)
5345 {
5346         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5347                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5348 }
5349
5350 long si_mem_available(void)
5351 {
5352         long available;
5353         unsigned long pagecache;
5354         unsigned long wmark_low = 0;
5355         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5356         unsigned long reclaimable;
5357         struct zone *zone;
5358         int lru;
5359
5360         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5361                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5362
5363         for_each_zone(zone)
5364                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5365
5366         /*
5367          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5368          * without causing swapping.
5369          */
5370         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5371
5372         /*
5373          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5374          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5375          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5376          */
5377         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5378         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5379         available += pagecache;
5380
5381         /*
5382          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5383          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5384          * low watermark.
5385          */
5386         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5387                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5388         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5389
5390         if (available < 0)
5391                 available = 0;
5392         return available;
5393 }
5394 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5395
5396 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5397 {
5398         val->totalram = totalram_pages();
5399         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5400         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5401         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5402         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5403         val->freehigh = nr_free_highpages();
5404         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5405 }
5406
5407 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5408
5409 #ifdef CONFIG_NUMA
5410 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5411 {
5412         int zone_type;          /* needs to be signed */
5413         unsigned long managed_pages = 0;
5414         unsigned long managed_highpages = 0;
5415         unsigned long free_highpages = 0;
5416         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5417
5418         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5419                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5420         val->totalram = managed_pages;
5421         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5422         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5423 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5424         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5425                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5426
5427                 if (is_highmem(zone)) {
5428                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5429                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5430                 }
5431         }
5432         val->totalhigh = managed_highpages;
5433         val->freehigh = free_highpages;
5434 #else
5435         val->totalhigh = managed_highpages;
5436         val->freehigh = free_highpages;
5437 #endif
5438         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5439 }
5440 #endif
5441
5442 /*
5443  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5444  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5445  */
5446 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5447 {
5448         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5449                 return false;
5450
5451         /*
5452          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5453          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5454          * have to be precise here.
5455          */
5456         if (!nodemask)
5457                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5458
5459         return !node_isset(nid, *nodemask);
5460 }
5461
5462 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5463
5464 static void show_migration_types(unsigned char type)
5465 {
5466         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5467                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5468                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5469                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5470                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5471 #ifdef CONFIG_CMA
5472                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5473 #endif
5474 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5475                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5476 #endif
5477         };
5478         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5479         char *p = tmp;
5480         int i;
5481
5482         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5483                 if (type & (1 << i))
5484                         *p++ = types[i];
5485         }
5486
5487         *p = '\0';
5488         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5489 }
5490
5491 /*
5492  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5493  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5494  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5495  *
5496  * Bits in @filter:
5497  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5498  *   cpuset.
5499  */
5500 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5501 {
5502         unsigned long free_pcp = 0;
5503         int cpu;
5504         struct zone *zone;
5505         pg_data_t *pgdat;
5506
5507         for_each_populated_zone(zone) {
5508                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5509                         continue;
5510
5511                 for_each_online_cpu(cpu)
5512                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5513         }
5514
5515         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5516                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5517                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5518                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5519                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5520                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5521                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5522                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5523                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5524                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5525                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5526                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5527                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5528                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5529                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5530                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5531                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5532                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5533                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5534                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5535                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5536                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5537                 free_pcp,
5538                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5539
5540         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5541                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5542                         continue;
5543
5544                 printk("Node %d"
5545                         " active_anon:%lukB"
5546                         " inactive_anon:%lukB"
5547                         " active_file:%lukB"
5548                         " inactive_file:%lukB"
5549                         " unevictable:%lukB"
5550                         " isolated(anon):%lukB"
5551                         " isolated(file):%lukB"
5552                         " mapped:%lukB"
5553                         " dirty:%lukB"
5554                         " writeback:%lukB"
5555                         " shmem:%lukB"
5556 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5557                         " shmem_thp: %lukB"
5558                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5559                         " anon_thp: %lukB"
5560 #endif
5561                         " writeback_tmp:%lukB"
5562                         " kernel_stack:%lukB"
5563 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5564                         " shadow_call_stack:%lukB"
5565 #endif
5566                         " pagetables:%lukB"
5567                         " all_unreclaimable? %s"
5568                         "\n",
5569                         pgdat->node_id,
5570                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5571                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5572                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5573                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5574                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5575                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5576                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5577                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5578                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5579                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5580                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5581 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5582                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5583                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5584                                         * HPAGE_PMD_NR),
5585                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5586 #endif
5587                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5588                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5589 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5590                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5591 #endif
5592                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
5593                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5594                                 "yes" : "no");
5595         }
5596
5597         for_each_populated_zone(zone) {
5598                 int i;
5599
5600                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5601                         continue;
5602
5603                 free_pcp = 0;
5604                 for_each_online_cpu(cpu)
5605                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5606
5607                 show_node(zone);
5608                 printk(KERN_CONT
5609                         "%s"
5610                         " free:%lukB"
5611                         " min:%lukB"
5612                         " low:%lukB"
5613                         " high:%lukB"
5614                         " reserved_highatomic:%luKB"
5615                         " active_anon:%lukB"
5616                         " inactive_anon:%lukB"
5617                         " active_file:%lukB"
5618                         " inactive_file:%lukB"
5619                         " unevictable:%lukB"
5620                         " writepending:%lukB"
5621                         " present:%lukB"
5622                         " managed:%lukB"
5623                         " mlocked:%lukB"
5624                         " bounce:%lukB"
5625                         " free_pcp:%lukB"
5626                         " local_pcp:%ukB"
5627                         " free_cma:%lukB"
5628                         "\n",
5629                         zone->name,
5630                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5631                         K(min_wmark_pages(zone)),
5632                         K(low_wmark_pages(zone)),
5633                         K(high_wmark_pages(zone)),
5634                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5635                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5636                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5637                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5638                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5639                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5640                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5641                         K(zone->present_pages),
5642                         K(zone_managed_pages(zone)),
5643                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5644                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5645                         K(free_pcp),
5646                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5647                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5648                 printk("lowmem_reserve[]:");
5649                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5650                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5651                 printk(KERN_CONT "\n");
5652         }
5653
5654         for_each_populated_zone(zone) {
5655                 unsigned int order;
5656                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5657                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5658
5659                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5660                         continue;
5661                 show_node(zone);
5662                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5663
5664                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5665                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5666                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5667                         int type;
5668
5669                         nr[order] = area->nr_free;
5670                         total += nr[order] << order;
5671
5672                         types[order] = 0;
5673                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5674                                 if (!free_area_empty(area, type))
5675                                         types[order] |= 1 << type;
5676                         }
5677                 }
5678                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5679                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5680                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5681                                nr[order], K(1UL) << order);
5682                         if (nr[order])
5683                                 show_migration_types(types[order]);
5684                 }
5685                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5686         }
5687
5688         hugetlb_show_meminfo();
5689
5690         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5691
5692         show_swap_cache_info();
5693 }
5694
5695 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5696 {
5697         zoneref->zone = zone;
5698         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5699 }
5700
5701 /*
5702  * Builds allocation fallback zone lists.
5703  *
5704  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5705  */
5706 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5707 {
5708         struct zone *zone;
5709         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5710         int nr_zones = 0;
5711
5712         do {
5713                 zone_type--;
5714                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5715                 if (managed_zone(zone)) {
5716                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5717                         check_highest_zone(zone_type);
5718                 }
5719         } while (zone_type);
5720
5721         return nr_zones;
5722 }
5723
5724 #ifdef CONFIG_NUMA
5725
5726 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5727 {
5728         /*
5729          * We used to support different zonlists modes but they turned
5730          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5731          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5732          * not fail it silently
5733          */
5734         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5735                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5736                 return -EINVAL;
5737         }
5738         return 0;
5739 }
5740
5741 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5742
5743 /*
5744  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5745  */
5746 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5747                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5748 {
5749         if (write)
5750                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5751         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5752 }
5753
5754
5755 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5756 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5757
5758 /**
5759  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5760  * @node: node whose fallback list we're appending
5761  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5762  *
5763  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5764  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5765  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5766  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5767  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5768  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5769  * on them otherwise.
5770  *
5771  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5772  */
5773 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5774 {
5775         int n, val;
5776         int min_val = INT_MAX;
5777         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5778
5779         /* Use the local node if we haven't already */
5780         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5781                 node_set(node, *used_node_mask);
5782                 return node;
5783         }
5784
5785         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5786
5787                 /* Don't want a node to appear more than once */
5788                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5789                         continue;
5790
5791                 /* Use the distance array to find the distance */
5792                 val = node_distance(node, n);
5793
5794                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5795                 val += (n < node);
5796
5797                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5798                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
5799                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5800
5801                 /* Slight preference for less loaded node */
5802                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5803                 val += node_load[n];
5804
5805                 if (val < min_val) {
5806                         min_val = val;
5807                         best_node = n;
5808                 }
5809         }
5810
5811         if (best_node >= 0)
5812                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5813
5814         return best_node;
5815 }
5816
5817
5818 /*
5819  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5820  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5821  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5822  */
5823 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5824                 unsigned nr_nodes)
5825 {
5826         struct zoneref *zonerefs;
5827         int i;
5828
5829         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5830
5831         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5832                 int nr_zones;
5833
5834                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5835
5836                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5837                 zonerefs += nr_zones;
5838         }
5839         zonerefs->zone = NULL;
5840         zonerefs->zone_idx = 0;
5841 }
5842
5843 /*
5844  * Build gfp_thisnode zonelists
5845  */
5846 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5847 {
5848         struct zoneref *zonerefs;
5849         int nr_zones;
5850
5851         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5852         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5853         zonerefs += nr_zones;
5854         zonerefs->zone = NULL;
5855         zonerefs->zone_idx = 0;
5856 }
5857
5858 /*
5859  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5860  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5861  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5862  * may still exist in local DMA zone.
5863  */
5864
5865 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5866 {
5867         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5868         int node, load, nr_nodes = 0;
5869         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5870         int local_node, prev_node;
5871
5872         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5873         local_node = pgdat->node_id;
5874         load = nr_online_nodes;
5875         prev_node = local_node;
5876
5877         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5878         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5879                 /*
5880                  * We don't want to pressure a particular node.
5881                  * So adding penalty to the first node in same
5882                  * distance group to make it round-robin.
5883                  */
5884                 if (node_distance(local_node, node) !=
5885                     node_distance(local_node, prev_node))
5886                         node_load[node] = load;
5887
5888                 node_order[nr_nodes++] = node;
5889                 prev_node = node;
5890                 load--;
5891         }
5892
5893         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5894         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5895 }
5896
5897 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5898 /*
5899  * Return node id of node used for "local" allocations.
5900  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5901  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5902  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5903  */
5904 int local_memory_node(int node)
5905 {
5906         struct zoneref *z;
5907
5908         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5909                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5910                                    NULL);
5911         return zone_to_nid(z->zone);
5912 }
5913 #endif
5914
5915 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5916 static void setup_min_slab_ratio(void);
5917 #else   /* CONFIG_NUMA */
5918
5919 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5920 {
5921         int node, local_node;
5922         struct zoneref *zonerefs;
5923         int nr_zones;
5924
5925         local_node = pgdat->node_id;
5926
5927         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5928         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5929         zonerefs += nr_zones;
5930
5931         /*
5932          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5933          * of all the other nodes.
5934          * We don't want to pressure a particular node, so when
5935          * building the zones for node N, we make sure that the
5936          * zones coming right after the local ones are those from
5937          * node N+1 (modulo N)
5938          */
5939         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5940                 if (!node_online(node))
5941                         continue;
5942                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5943                 zonerefs += nr_zones;
5944         }
5945         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5946                 if (!node_online(node))
5947                         continue;
5948                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5949                 zonerefs += nr_zones;
5950         }
5951
5952         zonerefs->zone = NULL;
5953         zonerefs->zone_idx = 0;
5954 }
5955
5956 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5957
5958 /*
5959  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5960  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5961  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5962  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5963  * with interrupts disabled.
5964  *
5965  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5966  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5967  * hotplugged processors.
5968  *
5969  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5970  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5971  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5972  */
5973 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p);
5974 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
5975 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
5976 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
5977 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5978 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5979
5980 static void __build_all_zonelists(void *data)
5981 {
5982         int nid;
5983         int __maybe_unused cpu;
5984         pg_data_t *self = data;
5985         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5986
5987         spin_lock(&lock);
5988
5989 #ifdef CONFIG_NUMA
5990         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5991 #endif
5992
5993         /*
5994          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5995          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5996          */
5997         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5998                 build_zonelists(self);
5999         } else {
6000                 for_each_online_node(nid) {
6001                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6002
6003                         build_zonelists(pgdat);
6004                 }
6005
6006 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6007                 /*
6008                  * We now know the "local memory node" for each node--
6009                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6010                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6011                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6012                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6013                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6014                  */
6015                 for_each_online_cpu(cpu)
6016                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6017 #endif
6018         }
6019
6020         spin_unlock(&lock);
6021 }
6022
6023 static noinline void __init
6024 build_all_zonelists_init(void)
6025 {
6026         int cpu;
6027
6028         __build_all_zonelists(NULL);
6029
6030         /*
6031          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6032          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6033          * each zone will be allocated later when the per cpu
6034          * allocator is available.
6035          *
6036          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6037          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6038          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6039          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6040          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6041          * (a chicken-egg dilemma).
6042          */
6043         for_each_possible_cpu(cpu)
6044                 pageset_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu));
6045
6046         mminit_verify_zonelist();
6047         cpuset_init_current_mems_allowed();
6048 }
6049
6050 /*
6051  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6052  *
6053  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6054  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6055  */
6056 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6057 {
6058         unsigned long vm_total_pages;
6059
6060         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6061                 build_all_zonelists_init();
6062         } else {
6063                 __build_all_zonelists(pgdat);
6064                 /* cpuset refresh routine should be here */
6065         }
6066         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6067         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6068         /*
6069          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6070          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6071          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6072          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6073          * disabled and enable it later
6074          */
6075         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6076                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6077         else
6078                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6079
6080         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6081                 nr_online_nodes,
6082                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6083                 vm_total_pages);
6084 #ifdef CONFIG_NUMA
6085         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6086 #endif
6087 }
6088
6089 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6090 static bool __meminit
6091 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6092 {
6093         static struct memblock_region *r;
6094
6095         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6096                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6097                         for_each_mem_region(r) {
6098                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6099                                         break;
6100                         }
6101                 }
6102                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6103                     memblock_is_mirror(r)) {
6104                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6105                         return true;
6106                 }
6107         }
6108         return false;
6109 }
6110
6111 /*
6112  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6113  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6114  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6115  *
6116  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6117  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6118  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6119  */
6120 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6121                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6122                 enum meminit_context context,
6123                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6124 {
6125         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6126         struct page *page;
6127
6128         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6129                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6130
6131 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6132         /*
6133          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6134          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6135          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6136          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6137          * the hotplug lock.
6138          */
6139         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6140                 if (!altmap)
6141                         return;
6142
6143                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6144                         start_pfn += altmap->reserve;
6145                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6146         }
6147 #endif
6148
6149         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6150                 /*
6151                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6152                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6153                  */
6154                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6155                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6156                                 continue;
6157                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6158                                 break;
6159                 }
6160
6161                 page = pfn_to_page(pfn);
6162                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6163                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6164                         __SetPageReserved(page);
6165
6166                 /*
6167                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6168                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6169                  * over the place during system boot.
6170                  */
6171                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6172                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6173                         cond_resched();
6174                 }
6175                 pfn++;
6176         }
6177 }
6178
6179 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6180 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6181                                    unsigned long start_pfn,
6182                                    unsigned long nr_pages,
6183                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6184 {
6185         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6186         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6187         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6188         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6189         unsigned long start = jiffies;
6190         int nid = pgdat->node_id;
6191
6192         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6193                 return;
6194
6195         /*
6196          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
6197          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6198          * the end of that region and start processing the device pages.
6199          */
6200         if (altmap) {
6201                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6202                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6203         }
6204
6205         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6206                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6207
6208                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6209
6210                 /*
6211                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6212                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6213                  *
6214                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6215                  * the flag as we are still initializing the pages.
6216                  */
6217                 __SetPageReserved(page);
6218
6219                 /*
6220                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6221                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6222                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6223                  */
6224                 page->pgmap = pgmap;
6225                 page->zone_device_data = NULL;
6226
6227                 /*
6228                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6229                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6230                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6231                  * the address space during boot when many long-lived
6232                  * kernel allocations are made.
6233                  *
6234                  * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6235                  * because this is done early in section_activate()
6236                  */
6237                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6238                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6239                         cond_resched();
6240                 }
6241         }
6242
6243         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6244                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6245 }
6246
6247 #endif
6248 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6249 {
6250         unsigned int order, t;
6251         for_each_migratetype_order(order, t) {
6252                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6253                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6254         }
6255 }
6256
6257 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6258                                   unsigned long zone,
6259                                   unsigned long range_start_pfn)
6260 {
6261         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6262         unsigned long range_end_pfn = range_start_pfn + size;
6263         int i;
6264
6265         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6266                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6267                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6268
6269                 if (end_pfn > start_pfn) {
6270                         size = end_pfn - start_pfn;
6271                         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, range_end_pfn,
6272                                          MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6273                 }
6274         }
6275 }
6276
6277 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6278 {
6279 #ifdef CONFIG_MMU
6280         int batch;
6281
6282         /*
6283          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6284          * size of the zone.
6285          */
6286         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6287         /* But no more than a meg. */
6288         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6289                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6290         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6291         if (batch < 1)
6292                 batch = 1;
6293
6294         /*
6295          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6296          * of 2 value was found to be more likely to have
6297          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6298          *
6299          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6300          * batches of pages, one task can end up with a lot
6301          * of pages of one half of the possible page colors
6302          * and the other with pages of the other colors.
6303          */
6304         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6305
6306         return batch;
6307
6308 #else
6309         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6310          * conditions.
6311          *
6312          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6313          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6314          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6315          *
6316          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6317          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6318          * can be a significant delay between the individual batches being
6319          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6320          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6321          */
6322         return 0;
6323 #endif
6324 }
6325
6326 /*
6327  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6328  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6329  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6330  *
6331  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6332  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6333  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6334  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6335  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6336  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6337  *
6338  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6339  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6340  * exist).
6341  */
6342 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6343                 unsigned long batch)
6344 {
6345         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6346         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6347 }
6348
6349 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6350 {
6351         struct per_cpu_pages *pcp;
6352         int migratetype;
6353
6354         memset(p, 0, sizeof(*p));
6355
6356         pcp = &p->pcp;
6357         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6358                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6359
6360         /*
6361          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6362          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6363          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6364          * pageset yet.
6365          */
6366         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6367         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6368 }
6369
6370 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6371                 unsigned long batch)
6372 {
6373         struct per_cpu_pageset *p;
6374         int cpu;
6375
6376         for_each_possible_cpu(cpu) {
6377                 p = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6378                 pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6379         }
6380 }
6381
6382 /*
6383  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6384  * zone, based on the zone's size and the percpu_pagelist_fraction sysctl.
6385  */
6386 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone)
6387 {
6388         unsigned long new_high, new_batch;
6389
6390         if (percpu_pagelist_fraction) {
6391                 new_high = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_fraction;
6392                 new_batch = max(1UL, new_high / 4);
6393                 if ((new_high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6394                         new_batch = PAGE_SHIFT * 8;
6395         } else {
6396                 new_batch = zone_batchsize(zone);
6397                 new_high = 6 * new_batch;
6398                 new_batch = max(1UL, 1 * new_batch);
6399         }
6400
6401         if (zone->pageset_high == new_high &&
6402             zone->pageset_batch == new_batch)
6403                 return;
6404
6405         zone->pageset_high = new_high;
6406         zone->pageset_batch = new_batch;
6407
6408         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
6409 }
6410
6411 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6412 {
6413         struct per_cpu_pageset *p;
6414         int cpu;
6415
6416         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6417         for_each_possible_cpu(cpu) {
6418                 p = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6419                 pageset_init(p);
6420         }
6421
6422         zone_set_pageset_high_and_batch(zone);
6423 }
6424
6425 /*
6426  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6427  * Before this call only boot pagesets were available.
6428  */
6429 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6430 {
6431         struct pglist_data *pgdat;
6432         struct zone *zone;
6433         int __maybe_unused cpu;
6434
6435         for_each_populated_zone(zone)
6436                 setup_zone_pageset(zone);
6437
6438 #ifdef CONFIG_NUMA
6439         /*
6440          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6441          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6442          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6443          * the nodes these zones are associated with.
6444          */
6445         for_each_possible_cpu(cpu) {
6446                 struct per_cpu_pageset *pcp = &per_cpu(boot_pageset, cpu);
6447                 memset(pcp->vm_numa_stat_diff, 0,
6448                        sizeof(pcp->vm_numa_stat_diff));
6449         }
6450 #endif
6451
6452         for_each_online_pgdat(pgdat)
6453                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6454                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6455 }
6456
6457 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6458 {
6459         /*
6460          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6461          * relies on the ability of the linker to provide the
6462          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6463          */
6464         zone->pageset = &boot_pageset;
6465         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6466         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6467
6468         if (populated_zone(zone))
6469                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6470                         zone->name, zone->present_pages,
6471                                          zone_batchsize(zone));
6472 }
6473
6474 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6475                                         unsigned long zone_start_pfn,
6476                                         unsigned long size)
6477 {
6478         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6479         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6480
6481         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6482                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6483
6484         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6485
6486         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6487                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6488                         pgdat->node_id,
6489                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6490                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6491
6492         zone_init_free_lists(zone);
6493         zone->initialized = 1;
6494 }
6495
6496 /**
6497  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6498  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6499  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6500  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6501  *
6502  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6503  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6504  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6505  * PFNs will be 0.
6506  */
6507 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6508                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6509 {
6510         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6511         int i;
6512
6513         *start_pfn = -1UL;
6514         *end_pfn = 0;
6515
6516         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6517                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6518                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6519         }
6520
6521         if (*start_pfn == -1UL)
6522                 *start_pfn = 0;
6523 }
6524
6525 /*
6526  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6527  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6528  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6529  */
6530 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6531 {
6532         int zone_index;
6533         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6534                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6535                         continue;
6536
6537                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6538                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6539                         break;
6540         }
6541
6542         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6543         movable_zone = zone_index;
6544 }
6545
6546 /*
6547  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6548  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6549  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6550  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6551  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6552  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6553  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6554  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6555  */
6556 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6557                                         unsigned long zone_type,
6558                                         unsigned long node_start_pfn,
6559                                         unsigned long node_end_pfn,
6560                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6561                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6562 {
6563         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6564         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6565                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6566                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6567                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6568                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6569                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6570
6571                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6572                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6573                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6574                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6575                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6576
6577                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6578                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6579                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6580         }
6581 }
6582
6583 /*
6584  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6585  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6586  */
6587 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6588                                         unsigned long zone_type,
6589                                         unsigned long node_start_pfn,
6590                                         unsigned long node_end_pfn,
6591                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6592                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6593 {
6594         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6595         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6596         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6597         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6598                 return 0;
6599
6600         /* Get the start and end of the zone */
6601         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6602         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6603         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6604                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6605                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6606
6607         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6608         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6609                 return 0;
6610
6611         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6612         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6613         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6614
6615         /* Return the spanned pages */
6616         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6617 }
6618
6619 /*
6620  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6621  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6622  */
6623 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6624                                 unsigned long range_start_pfn,
6625                                 unsigned long range_end_pfn)
6626 {
6627         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6628         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6629         int i;
6630
6631         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6632                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6633                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6634                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6635         }
6636         return nr_absent;
6637 }
6638
6639 /**
6640  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6641  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6642  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6643  *
6644  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6645  */
6646 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6647                                                         unsigned long end_pfn)
6648 {
6649         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6650 }
6651
6652 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6653 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6654                                         unsigned long zone_type,
6655                                         unsigned long node_start_pfn,
6656                                         unsigned long node_end_pfn)
6657 {
6658         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6659         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6660         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6661         unsigned long nr_absent;
6662
6663         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6664         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6665                 return 0;
6666
6667         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6668         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6669
6670         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6671                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6672                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6673         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6674
6675         /*
6676          * ZONE_MOVABLE handling.
6677          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6678          * and vice versa.
6679          */
6680         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6681                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6682                 struct memblock_region *r;
6683
6684                 for_each_mem_region(r) {
6685                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6686                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6687                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6688                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6689
6690                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6691                             memblock_is_mirror(r))
6692                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6693
6694                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6695                             !memblock_is_mirror(r))
6696                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6697                 }
6698         }
6699
6700         return nr_absent;
6701 }
6702
6703 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6704                                                 unsigned long node_start_pfn,
6705                                                 unsigned long node_end_pfn)
6706 {
6707         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6708         enum zone_type i;
6709
6710         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6711                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6712                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6713                 unsigned long spanned, absent;
6714                 unsigned long size, real_size;
6715
6716                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6717                                                      node_start_pfn,
6718                                                      node_end_pfn,
6719                                                      &zone_start_pfn,
6720                                                      &zone_end_pfn);
6721                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6722                                                    node_start_pfn,
6723                                                    node_end_pfn);
6724
6725                 size = spanned;
6726                 real_size = size - absent;
6727
6728                 if (size)
6729                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6730                 else
6731                         zone->zone_start_pfn = 0;
6732                 zone->spanned_pages = size;
6733                 zone->present_pages = real_size;
6734
6735                 totalpages += size;
6736                 realtotalpages += real_size;
6737         }
6738
6739         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6740         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6741         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6742                                                         realtotalpages);
6743 }
6744
6745 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6746 /*
6747  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6748  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6749  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6750  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6751  * bytes.
6752  */
6753 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6754 {
6755         unsigned long usemapsize;
6756
6757         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6758         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6759         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6760         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6761         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6762
6763         return usemapsize / 8;
6764 }
6765
6766 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6767                                 struct zone *zone,
6768                                 unsigned long zone_start_pfn,
6769                                 unsigned long zonesize)
6770 {
6771         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6772         zone->pageblock_flags = NULL;
6773         if (usemapsize) {
6774                 zone->pageblock_flags =
6775                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6776                                             pgdat->node_id);
6777                 if (!zone->pageblock_flags)
6778                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6779                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6780         }
6781 }
6782 #else
6783 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6784                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6785 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6786
6787 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6788
6789 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6790 void __init set_pageblock_order(void)
6791 {
6792         unsigned int order;
6793
6794         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6795         if (pageblock_order)
6796                 return;
6797
6798         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6799                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6800         else
6801                 order = MAX_ORDER - 1;
6802
6803         /*
6804          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6805          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6806          * powerpc.
6807          */
6808         pageblock_order = order;
6809 }
6810 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6811
6812 /*
6813  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6814  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6815  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6816  * the kernel config
6817  */
6818 void __init set_pageblock_order(void)
6819 {
6820 }
6821
6822 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6823
6824 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6825                                                 unsigned long present_pages)
6826 {
6827         unsigned long pages = spanned_pages;
6828
6829         /*
6830          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6831          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6832          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6833          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6834          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6835          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6836          */
6837         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6838             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6839                 pages = present_pages;
6840
6841         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6842 }
6843
6844 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6845 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6846 {
6847         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6848
6849         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6850         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6851         ds_queue->split_queue_len = 0;
6852 }
6853 #else
6854 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6855 #endif
6856
6857 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6858 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6859 {
6860         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6861 }
6862 #else
6863 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6864 #endif
6865
6866 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6867 {
6868         pgdat_resize_init(pgdat);
6869
6870         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6871         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6872
6873         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6874         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6875
6876         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6877         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
6878 }
6879
6880 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6881                                                         unsigned long remaining_pages)
6882 {
6883         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6884         zone_set_nid(zone, nid);
6885         zone->name = zone_names[idx];
6886         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6887         spin_lock_init(&zone->lock);
6888         zone_seqlock_init(zone);
6889         zone_pcp_init(zone);
6890 }
6891
6892 /*
6893  * Set up the zone data structures
6894  * - init pgdat internals
6895  * - init all zones belonging to this node
6896  *
6897  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6898  */
6899 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6900 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6901 {
6902         enum zone_type z;
6903         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6904
6905         pgdat_init_internals(pgdat);
6906         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6907                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6908 }
6909 #endif
6910
6911 /*
6912  * Set up the zone data structures:
6913  *   - mark all pages reserved
6914  *   - mark all memory queues empty
6915  *   - clear the memory bitmaps
6916  *
6917  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6918  * NOTE: this function is only called during early init.
6919  */
6920 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6921 {
6922         enum zone_type j;
6923         int nid = pgdat->node_id;
6924
6925         pgdat_init_internals(pgdat);
6926         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6927
6928         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6929                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6930                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6931                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6932
6933                 size = zone->spanned_pages;
6934                 freesize = zone->present_pages;
6935
6936                 /*
6937                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6938                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6939                  * and per-cpu initialisations
6940                  */
6941                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6942                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6943                         if (freesize >= memmap_pages) {
6944                                 freesize -= memmap_pages;
6945                                 if (memmap_pages)
6946                                         printk(KERN_DEBUG
6947                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6948                                                zone_names[j], memmap_pages);
6949                         } else
6950                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6951                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6952                 }
6953
6954                 /* Account for reserved pages */
6955                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6956                         freesize -= dma_reserve;
6957                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6958                                         zone_names[0], dma_reserve);
6959                 }
6960
6961                 if (!is_highmem_idx(j))
6962                         nr_kernel_pages += freesize;
6963                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6964                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6965                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6966                 nr_all_pages += freesize;
6967
6968                 /*
6969                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6970                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6971                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6972                  */
6973                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6974
6975                 if (!size)
6976                         continue;
6977
6978                 set_pageblock_order();
6979                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6980                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6981                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6982         }
6983 }
6984
6985 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6986 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6987 {
6988         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6989         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6990
6991         /* Skip empty nodes */
6992         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6993                 return;
6994
6995         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6996         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6997         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6998         if (!pgdat->node_mem_map) {
6999                 unsigned long size, end;
7000                 struct page *map;
7001
7002                 /*
7003                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7004                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7005                  * for the buddy allocator to function correctly.
7006                  */
7007                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7008                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7009                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7010                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
7011                                           pgdat->node_id);
7012                 if (!map)
7013                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7014                               size, pgdat->node_id);
7015                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7016         }
7017         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7018                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7019                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7020 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
7021         /*
7022          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7023          */
7024         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7025                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7026                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7027                         mem_map -= offset;
7028         }
7029 #endif
7030 }
7031 #else
7032 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7033 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7034
7035 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7036 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7037 {
7038         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7039 }
7040 #else
7041 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7042 #endif
7043
7044 static void __init free_area_init_node(int nid)
7045 {
7046         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7047         unsigned long start_pfn = 0;
7048         unsigned long end_pfn = 0;
7049
7050         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7051         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7052
7053         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7054
7055         pgdat->node_id = nid;
7056         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7057         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7058
7059         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7060                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7061                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7062         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7063
7064         alloc_node_mem_map(pgdat);
7065         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7066
7067         free_area_init_core(pgdat);
7068 }
7069
7070 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7071 {
7072         free_area_init_node(nid);
7073 }
7074
7075 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
7076 /*
7077  * Initialize all valid struct pages in the range [spfn, epfn) and mark them
7078  * PageReserved(). Return the number of struct pages that were initialized.
7079  */
7080 static u64 __init init_unavailable_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
7081 {
7082         unsigned long pfn;
7083         u64 pgcnt = 0;
7084
7085         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
7086                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
7087                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
7088                                 + pageblock_nr_pages - 1;
7089                         continue;
7090                 }
7091                 /*
7092                  * Use a fake node/zone (0) for now. Some of these pages
7093                  * (in memblock.reserved but not in memblock.memory) will
7094                  * get re-initialized via reserve_bootmem_region() later.
7095                  */
7096                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, 0, 0);
7097                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
7098                 pgcnt++;
7099         }
7100
7101         return pgcnt;
7102 }
7103
7104 /*
7105  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
7106  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
7107  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
7108  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
7109  * flags). We must explicitly initialize those struct pages.
7110  *
7111  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
7112  * uninitialized because the physical address range is not covered by
7113  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
7114  * layout is manually configured via memmap=, or when the highest physical
7115  * address (max_pfn) does not end on a section boundary.
7116  */
7117 static void __init init_unavailable_mem(void)
7118 {
7119         phys_addr_t start, end;
7120         u64 i, pgcnt;
7121         phys_addr_t next = 0;
7122
7123         /*
7124          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
7125          */
7126         pgcnt = 0;
7127         for_each_mem_range(i, &start, &end) {
7128                 if (next < start)
7129                         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
7130                                                         PFN_UP(start));
7131                 next = end;
7132         }
7133
7134         /*
7135          * Early sections always have a fully populated memmap for the whole
7136          * section - see pfn_valid(). If the last section has holes at the
7137          * end and that section is marked "online", the memmap will be
7138          * considered initialized. Make sure that memmap has a well defined
7139          * state.
7140          */
7141         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
7142                                         round_up(max_pfn, PAGES_PER_SECTION));
7143
7144         /*
7145          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
7146          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
7147          */
7148         if (pgcnt)
7149                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
7150 }
7151 #else
7152 static inline void __init init_unavailable_mem(void)
7153 {
7154 }
7155 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7156
7157 #if MAX_NUMNODES > 1
7158 /*
7159  * Figure out the number of possible node ids.
7160  */
7161 void __init setup_nr_node_ids(void)
7162 {
7163         unsigned int highest;
7164
7165         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7166         nr_node_ids = highest + 1;
7167 }
7168 #endif
7169
7170 /**
7171  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7172  *
7173  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7174  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7175  * all the nodes.
7176  *
7177  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7178  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7179  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7180  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7181  *
7182  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7183  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7184  * populated node map.
7185  *
7186  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7187  * requirement (single node).
7188  */
7189 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7190 {
7191         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7192         unsigned long start, end, mask;
7193         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7194         int i, nid;
7195
7196         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7197                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7198                         last_nid = nid;
7199                         last_end = end;
7200                         continue;
7201                 }
7202
7203                 /*
7204                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7205                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7206                  * too coarse to separate the current node from the last.
7207                  */
7208                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7209                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7210                         mask <<= 1;
7211
7212                 /* accumulate all internode masks */
7213                 accl_mask |= mask;
7214         }
7215
7216         /* convert mask to number of pages */
7217         return ~accl_mask + 1;
7218 }
7219
7220 /**
7221  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7222  *
7223  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7224  * memblock_set_node().
7225  */
7226 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7227 {
7228         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7229 }
7230
7231 /*
7232  * early_calculate_totalpages()
7233  * Sum pages in active regions for movable zone.
7234  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7235  */
7236 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7237 {
7238         unsigned long totalpages = 0;
7239         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7240         int i, nid;
7241
7242         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7243                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7244
7245                 totalpages += pages;
7246                 if (pages)
7247                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7248         }
7249         return totalpages;
7250 }
7251
7252 /*
7253  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7254  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7255  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7256  * others
7257  */
7258 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7259 {
7260         int i, nid;
7261         unsigned long usable_startpfn;
7262         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7263         /* save the state before borrow the nodemask */
7264         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7265         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7266         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7267         struct memblock_region *r;
7268
7269         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7270         find_usable_zone_for_movable();
7271
7272         /*
7273          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7274          * options.
7275          */
7276         if (movable_node_is_enabled()) {
7277                 for_each_mem_region(r) {
7278                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7279                                 continue;
7280
7281                         nid = memblock_get_region_node(r);
7282
7283                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7284                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7285                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7286                                 usable_startpfn;
7287                 }
7288
7289                 goto out2;
7290         }
7291
7292         /*
7293          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7294          */
7295         if (mirrored_kernelcore) {
7296                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7297
7298                 for_each_mem_region(r) {
7299                         if (memblock_is_mirror(r))
7300                                 continue;
7301
7302                         nid = memblock_get_region_node(r);
7303
7304                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7305
7306                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7307                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7308                                 continue;
7309                         }
7310
7311                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7312                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7313                                 usable_startpfn;
7314                 }
7315
7316                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7317                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7318
7319                 goto out2;
7320         }
7321
7322         /*
7323          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7324          * amount of necessary memory.
7325          */
7326         if (required_kernelcore_percent)
7327                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7328                                        10000UL;
7329         if (required_movablecore_percent)
7330                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7331                                         10000UL;
7332
7333         /*
7334          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7335          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7336          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7337          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7338          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7339          * what movablecore would have allowed.
7340          */
7341         if (required_movablecore) {
7342                 unsigned long corepages;
7343
7344                 /*
7345                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7346                  * was requested by the user
7347                  */
7348                 required_movablecore =
7349                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7350                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7351                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7352
7353                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7354         }
7355
7356         /*
7357          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7358          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7359          */
7360         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7361                 goto out;
7362
7363         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7364         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7365
7366 restart:
7367         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7368         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7369         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7370                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7371
7372                 /*
7373                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7374                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7375                  * amount of memory for the kernel
7376                  */
7377                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7378                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7379
7380                 /*
7381                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7382                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7383                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7384                  */
7385                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7386
7387                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7388                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7389                         unsigned long size_pages;
7390
7391                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7392                         if (start_pfn >= end_pfn)
7393                                 continue;
7394
7395                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7396                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7397                                 unsigned long kernel_pages;
7398                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7399                                                                 - start_pfn;
7400
7401                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7402                                                         kernelcore_remaining);
7403                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7404                                                         required_kernelcore);
7405
7406                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7407                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7408
7409                                         /*
7410                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7411                                          * that if we have to rebalance
7412                                          * kernelcore across nodes, we will
7413                                          * not double account here
7414                                          */
7415                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7416                                         continue;
7417                                 }
7418                                 start_pfn = usable_startpfn;
7419                         }
7420
7421                         /*
7422                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7423                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7424                          * number of pages used as kernelcore
7425                          */
7426                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7427                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7428                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7429                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7430
7431                         /*
7432                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7433                          * break if the kernelcore for this node has been
7434                          * satisfied
7435                          */
7436                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7437                                                                 size_pages);
7438                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7439                         if (!kernelcore_remaining)
7440                                 break;
7441                 }
7442         }
7443
7444         /*
7445          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7446          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7447          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7448          * satisfied
7449          */
7450         usable_nodes--;
7451         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7452                 goto restart;
7453
7454 out2:
7455         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7456         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7457                 zone_movable_pfn[nid] =
7458                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7459
7460 out:
7461         /* restore the node_state */
7462         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7463 }
7464
7465 /* Any regular or high memory on that node ? */
7466 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7467 {
7468         enum zone_type zone_type;
7469
7470         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7471                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7472                 if (populated_zone(zone)) {
7473                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7474                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7475                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7476                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7477                         break;
7478                 }
7479         }
7480 }
7481
7482 /*
7483  * Some architecturs, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7484  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7485  */
7486 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7487 {
7488         return false;
7489 }
7490
7491 /**
7492  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7493  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7494  *
7495  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7496  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7497  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7498  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7499  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7500  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7501  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7502  * at arch_max_dma_pfn.
7503  */
7504 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7505 {
7506         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7507         int i, nid, zone;
7508         bool descending;
7509
7510         /* Record where the zone boundaries are */
7511         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7512                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7513         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7514                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7515
7516         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7517         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7518
7519         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7520                 if (descending)
7521                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7522                 else
7523                         zone = i;
7524
7525                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7526                         continue;
7527
7528                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7529                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7530                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7531
7532                 start_pfn = end_pfn;
7533         }
7534
7535         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7536         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7537         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7538
7539         /* Print out the zone ranges */
7540         pr_info("Zone ranges:\n");
7541         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7542                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7543                         continue;
7544                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7545                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7546                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7547                         pr_cont("empty\n");
7548                 else
7549                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7550                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7551                                         << PAGE_SHIFT,
7552                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7553                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7554         }
7555
7556         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7557         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7558         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7559                 if (zone_movable_pfn[i])
7560                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7561                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7562         }
7563
7564         /*
7565          * Print out the early node map, and initialize the
7566          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7567          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7568          */
7569         pr_info("Early memory node ranges\n");
7570         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7571                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7572                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7573                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7574                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7575         }
7576
7577         /* Initialise every node */
7578         mminit_verify_pageflags_layout();
7579         setup_nr_node_ids();
7580         init_unavailable_mem();
7581         for_each_online_node(nid) {
7582                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7583                 free_area_init_node(nid);
7584
7585                 /* Any memory on that node */
7586                 if (pgdat->node_present_pages)
7587                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7588                 check_for_memory(pgdat, nid);
7589         }
7590 }
7591
7592 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7593                                      unsigned long *percent)
7594 {
7595         unsigned long long coremem;
7596         char *endptr;
7597
7598         if (!p)
7599                 return -EINVAL;
7600
7601         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7602         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7603         if (*endptr == '%') {
7604                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7605                 WARN_ON(coremem > 100);
7606
7607                 *percent = coremem;
7608         } else {
7609                 coremem = memparse(p, &p);
7610                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7611                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7612
7613                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7614                 *percent = 0UL;
7615         }
7616         return 0;
7617 }
7618
7619 /*
7620  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7621  * cannot be reclaimed or migrated.
7622  */
7623 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7624 {
7625         /* parse kernelcore=mirror */
7626         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7627                 mirrored_kernelcore = true;
7628                 return 0;
7629         }
7630
7631         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7632                                   &required_kernelcore_percent);
7633 }
7634
7635 /*
7636  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7637  * can be reclaimed or migrated.
7638  */
7639 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7640 {
7641         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7642                                   &required_movablecore_percent);
7643 }
7644
7645 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7646 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7647
7648 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7649 {
7650         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7651         totalram_pages_add(count);
7652 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7653         if (PageHighMem(page))
7654                 totalhigh_pages_add(count);
7655 #endif
7656 }
7657 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7658
7659 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7660 {
7661         void *pos;
7662         unsigned long pages = 0;
7663
7664         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7665         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7666         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7667                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7668                 void *direct_map_addr;
7669
7670                 /*
7671                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7672                  * because some architectures' virt_to_page()
7673                  * work with aliases.  Getting the direct map
7674                  * address ensures that we get a _writeable_
7675                  * alias for the memset().
7676                  */
7677                 direct_map_addr = page_address(page);
7678                 /*
7679                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
7680                  * has not been initialized.
7681                  */
7682                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
7683                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7684                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7685
7686                 free_reserved_page(page);
7687         }
7688
7689         if (pages && s)
7690                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7691                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7692
7693         return pages;
7694 }
7695
7696 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7697 void free_highmem_page(struct page *page)
7698 {
7699         __free_reserved_page(page);
7700         totalram_pages_inc();
7701         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7702         totalhigh_pages_inc();
7703 }
7704 #endif
7705
7706
7707 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7708 {
7709         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7710         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7711
7712         physpages = get_num_physpages();
7713         codesize = _etext - _stext;
7714         datasize = _edata - _sdata;
7715         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7716         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7717         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7718         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7719
7720         /*
7721          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7722          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7723          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7724          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7725          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7726          */
7727 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7728         do { \
7729                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7730                         size -= adj; \
7731         } while (0)
7732
7733         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7734                      _sinittext, init_code_size);
7735         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7736         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7737         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7738         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7739
7740 #undef  adj_init_size
7741
7742         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7743 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7744                 ", %luK highmem"
7745 #endif
7746                 "%s%s)\n",
7747                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7748                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7749                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7750                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7751                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7752                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7753 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7754                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7755 #endif
7756                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7757 }
7758
7759 /**
7760  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7761  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7762  *
7763  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7764  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7765  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7766  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7767  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7768  * smaller per-cpu batchsize.
7769  */
7770 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7771 {
7772         dma_reserve = new_dma_reserve;
7773 }
7774
7775 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7776 {
7777
7778         lru_add_drain_cpu(cpu);
7779         drain_pages(cpu);
7780
7781         /*
7782          * Spill the event counters of the dead processor
7783          * into the current processors event counters.
7784          * This artificially elevates the count of the current
7785          * processor.
7786          */
7787         vm_events_fold_cpu(cpu);
7788
7789         /*
7790          * Zero the differential counters of the dead processor
7791          * so that the vm statistics are consistent.
7792          *
7793          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7794          * race with what we are doing.
7795          */
7796         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7797         return 0;
7798 }
7799
7800 #ifdef CONFIG_NUMA
7801 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7802
7803 static int __init set_hashdist(char *str)
7804 {
7805         if (!str)
7806                 return 0;
7807         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7808         return 1;
7809 }
7810 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7811 #endif
7812
7813 void __init page_alloc_init(void)
7814 {
7815         int ret;
7816
7817 #ifdef CONFIG_NUMA
7818         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7819                 hashdist = 0;
7820 #endif
7821
7822         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7823                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7824                                         page_alloc_cpu_dead);
7825         WARN_ON(ret < 0);
7826 }
7827
7828 /*
7829  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7830  *      or min_free_kbytes changes.
7831  */
7832 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7833 {
7834         struct pglist_data *pgdat;
7835         unsigned long reserve_pages = 0;
7836         enum zone_type i, j;
7837
7838         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7839
7840                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7841
7842                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7843                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7844                         long max = 0;
7845                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7846
7847                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7848                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7849                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7850                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7851                         }
7852
7853                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7854                         max += high_wmark_pages(zone);
7855
7856                         if (max > managed_pages)
7857                                 max = managed_pages;
7858
7859                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7860
7861                         reserve_pages += max;
7862                 }
7863         }
7864         totalreserve_pages = reserve_pages;
7865 }
7866
7867 /*
7868  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7869  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7870  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7871  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7872  */
7873 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7874 {
7875         struct pglist_data *pgdat;
7876         enum zone_type i, j;
7877
7878         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7879                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
7880                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
7881                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
7882                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
7883                         unsigned long managed_pages = 0;
7884
7885                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7886                                 if (clear) {
7887                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7888                                 } else {
7889                                         struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
7890
7891                                         managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
7892                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
7893                                 }
7894                         }
7895                 }
7896         }
7897
7898         /* update totalreserve_pages */
7899         calculate_totalreserve_pages();
7900 }
7901
7902 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7903 {
7904         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7905         unsigned long lowmem_pages = 0;
7906         struct zone *zone;
7907         unsigned long flags;
7908
7909         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7910         for_each_zone(zone) {
7911                 if (!is_highmem(zone))
7912                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7913         }
7914
7915         for_each_zone(zone) {
7916                 u64 tmp;
7917
7918                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7919                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7920                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7921                 if (is_highmem(zone)) {
7922                         /*
7923                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7924                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7925                          * value here.
7926                          *
7927                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7928                          * deltas control async page reclaim, and so should
7929                          * not be capped for highmem.
7930                          */
7931                         unsigned long min_pages;
7932
7933                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7934                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7935                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7936                 } else {
7937                         /*
7938                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7939                          * proportionate to the zone's size.
7940                          */
7941                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7942                 }
7943
7944                 /*
7945                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7946                  * scale factor in proportion to available memory, but
7947                  * ensure a minimum size on small systems.
7948                  */
7949                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7950                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7951                                       watermark_scale_factor, 10000));
7952
7953                 zone->watermark_boost = 0;
7954                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7955                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7956
7957                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7958         }
7959
7960         /* update totalreserve_pages */
7961         calculate_totalreserve_pages();
7962 }
7963
7964 /**
7965  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7966  * or when memory is hot-{added|removed}
7967  *
7968  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7969  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7970  */
7971 void setup_per_zone_wmarks(void)
7972 {
7973         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7974
7975         spin_lock(&lock);
7976         __setup_per_zone_wmarks();
7977         spin_unlock(&lock);
7978 }
7979
7980 /*
7981  * Initialise min_free_kbytes.
7982  *
7983  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7984  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
7985  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7986  *
7987  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7988  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7989  *
7990  * which yields
7991  *
7992  * 16MB:        512k
7993  * 32MB:        724k
7994  * 64MB:        1024k
7995  * 128MB:       1448k
7996  * 256MB:       2048k
7997  * 512MB:       2896k
7998  * 1024MB:      4096k
7999  * 2048MB:      5792k
8000  * 4096MB:      8192k
8001  * 8192MB:      11584k
8002  * 16384MB:     16384k
8003  */
8004 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8005 {
8006         unsigned long lowmem_kbytes;
8007         int new_min_free_kbytes;
8008
8009         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8010         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8011
8012         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
8013                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
8014                 if (min_free_kbytes < 128)
8015                         min_free_kbytes = 128;
8016                 if (min_free_kbytes > 262144)
8017                         min_free_kbytes = 262144;
8018         } else {
8019                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8020                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8021         }
8022         setup_per_zone_wmarks();
8023         refresh_zone_stat_thresholds();
8024         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8025
8026 #ifdef CONFIG_NUMA
8027         setup_min_unmapped_ratio();
8028         setup_min_slab_ratio();
8029 #endif
8030
8031         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8032
8033         return 0;
8034 }
8035 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8036
8037 /*
8038  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8039  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8040  *      changes.
8041  */
8042 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8043                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8044 {
8045         int rc;
8046
8047         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8048         if (rc)
8049                 return rc;
8050
8051         if (write) {
8052                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8053                 setup_per_zone_wmarks();
8054         }
8055         return 0;
8056 }
8057
8058 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8059                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8060 {
8061         int rc;
8062
8063         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8064         if (rc)
8065                 return rc;
8066
8067         if (write)
8068                 setup_per_zone_wmarks();
8069
8070         return 0;
8071 }
8072
8073 #ifdef CONFIG_NUMA
8074 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8075 {
8076         pg_data_t *pgdat;
8077         struct zone *zone;
8078
8079         for_each_online_pgdat(pgdat)
8080                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8081
8082         for_each_zone(zone)
8083                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8084                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8085 }
8086
8087
8088 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8089                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8090 {
8091         int rc;
8092
8093         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8094         if (rc)
8095                 return rc;
8096
8097         setup_min_unmapped_ratio();
8098
8099         return 0;
8100 }
8101
8102 static void setup_min_slab_ratio(void)
8103 {
8104         pg_data_t *pgdat;
8105         struct zone *zone;
8106
8107         for_each_online_pgdat(pgdat)
8108                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8109
8110         for_each_zone(zone)
8111                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8112                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8113 }
8114
8115 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8116                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8117 {
8118         int rc;
8119
8120         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8121         if (rc)
8122                 return rc;
8123
8124         setup_min_slab_ratio();
8125
8126         return 0;
8127 }
8128 #endif
8129
8130 /*
8131  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8132  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8133  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8134  *
8135  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8136  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8137  * if in function of the boot time zone sizes.
8138  */
8139 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8140                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8141 {
8142         int i;
8143
8144         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8145
8146         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8147                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8148                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8149         }
8150
8151         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8152         return 0;
8153 }
8154
8155 /*
8156  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8157  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8158  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8159  */
8160 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8161                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8162 {
8163         struct zone *zone;
8164         int old_percpu_pagelist_fraction;
8165         int ret;
8166
8167         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8168         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8169
8170         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8171         if (!write || ret < 0)
8172                 goto out;
8173
8174         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8175         if (percpu_pagelist_fraction &&
8176             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8177                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8178                 ret = -EINVAL;
8179                 goto out;
8180         }
8181
8182         /* No change? */
8183         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8184                 goto out;
8185
8186         for_each_populated_zone(zone)
8187                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone);
8188 out:
8189         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8190         return ret;
8191 }
8192
8193 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8194 /*
8195  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8196  * is not known to alloc_large_system_hash().
8197  */
8198 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8199 {
8200         return 0;
8201 }
8202 #endif
8203
8204 /*
8205  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8206  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8207  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8208  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8209  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8210  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8211  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8212  */
8213 #if __BITS_PER_LONG > 32
8214 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8215 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8216 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8217 #endif
8218
8219 /*
8220  * allocate a large system hash table from bootmem
8221  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8222  *   quantity of entries
8223  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8224  */
8225 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8226                                      unsigned long bucketsize,
8227                                      unsigned long numentries,
8228                                      int scale,
8229                                      int flags,
8230                                      unsigned int *_hash_shift,
8231                                      unsigned int *_hash_mask,
8232                                      unsigned long low_limit,
8233                                      unsigned long high_limit)
8234 {
8235         unsigned long long max = high_limit;
8236         unsigned long log2qty, size;
8237         void *table = NULL;
8238         gfp_t gfp_flags;
8239         bool virt;
8240
8241         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8242         if (!numentries) {
8243                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8244                 numentries = nr_kernel_pages;
8245                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8246
8247                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8248                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8249                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8250
8251 #if __BITS_PER_LONG > 32
8252                 if (!high_limit) {
8253                         unsigned long adapt;
8254
8255                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8256                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8257                                 scale++;
8258                 }
8259 #endif
8260
8261                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8262                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8263                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8264                 else
8265                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8266
8267                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8268                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8269                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8270                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8271                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8272                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8273                                 BUG_ON(!numentries);
8274                         }
8275                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8276                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8277         }
8278         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8279
8280         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8281         if (max == 0) {
8282                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8283                 do_div(max, bucketsize);
8284         }
8285         max = min(max, 0x80000000ULL);
8286
8287         if (numentries < low_limit)
8288                 numentries = low_limit;
8289         if (numentries > max)
8290                 numentries = max;
8291
8292         log2qty = ilog2(numentries);
8293
8294         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8295         do {
8296                 virt = false;
8297                 size = bucketsize << log2qty;
8298                 if (flags & HASH_EARLY) {
8299                         if (flags & HASH_ZERO)
8300                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8301                         else
8302                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8303                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8304                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8305                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8306                         virt = true;
8307                 } else {
8308                         /*
8309                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8310                          * some pages at the end of hash table which
8311                          * alloc_pages_exact() automatically does
8312                          */
8313                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8314                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8315                 }
8316         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8317
8318         if (!table)
8319                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8320
8321         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8322                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8323                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8324
8325         if (_hash_shift)
8326                 *_hash_shift = log2qty;
8327         if (_hash_mask)
8328                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8329
8330         return table;
8331 }
8332
8333 /*
8334  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8335  *
8336  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8337  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8338  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8339  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8340  *
8341  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8342  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8343  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8344  *
8345  */
8346 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8347                                  int migratetype, int flags)
8348 {
8349         unsigned long iter = 0;
8350         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8351         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8352
8353         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8354                 /*
8355                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8356                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8357                  * so consider them movable here.
8358                  */
8359                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8360                         return NULL;
8361
8362                 return page;
8363         }
8364
8365         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8366                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8367                         continue;
8368
8369                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8370
8371                 /*
8372                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8373                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8374                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8375                  * specifying "movablecore".
8376                  */
8377                 if (PageReserved(page))
8378                         return page;
8379
8380                 /*
8381                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8382                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8383                  * is movable.
8384                  */
8385                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8386                         continue;
8387
8388                 /*
8389                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8390                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8391                  * We need not scan over tail pages because we don't
8392                  * handle each tail page individually in migration.
8393                  */
8394                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8395                         struct page *head = compound_head(page);
8396                         unsigned int skip_pages;
8397
8398                         if (PageHuge(page)) {
8399                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8400                                         return page;
8401                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8402                                 return page;
8403                         }
8404
8405                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8406                         iter += skip_pages - 1;
8407                         continue;
8408                 }
8409
8410                 /*
8411                  * We can't use page_count without pin a page
8412                  * because another CPU can free compound page.
8413                  * This check already skips compound tails of THP
8414                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8415                  */
8416                 if (!page_ref_count(page)) {
8417                         if (PageBuddy(page))
8418                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8419                         continue;
8420                 }
8421
8422                 /*
8423                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8424                  * page_count() is not 0.
8425                  */
8426                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8427                         continue;
8428
8429                 /*
8430                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8431                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8432                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8433                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8434                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8435                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8436                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8437                  * (false negatives in this function only)
8438                  */
8439                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8440                         continue;
8441
8442                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8443                         continue;
8444
8445                 /*
8446                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8447                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8448                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8449                  */
8450                 return page;
8451         }
8452         return NULL;
8453 }
8454
8455 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8456 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8457 {
8458         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8459                              pageblock_nr_pages) - 1);
8460 }
8461
8462 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8463 {
8464         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8465                                 pageblock_nr_pages));
8466 }
8467
8468 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8469 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8470                                         unsigned long start, unsigned long end)
8471 {
8472         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8473         unsigned int nr_reclaimed;
8474         unsigned long pfn = start;
8475         unsigned int tries = 0;
8476         int ret = 0;
8477         struct migration_target_control mtc = {
8478                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
8479                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
8480         };
8481
8482         migrate_prep();
8483
8484         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8485                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8486                         ret = -EINTR;
8487                         break;
8488                 }
8489
8490                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8491                         cc->nr_migratepages = 0;
8492                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8493                         if (!pfn) {
8494                                 ret = -EINTR;
8495                                 break;
8496                         }
8497                         tries = 0;
8498                 } else if (++tries == 5) {
8499                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8500                         break;
8501                 }
8502
8503                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8504                                                         &cc->migratepages);
8505                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8506
8507                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
8508                                 NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8509         }
8510         if (ret < 0) {
8511                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8512                 return ret;
8513         }
8514         return 0;
8515 }
8516
8517 /**
8518  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8519  * @start:      start PFN to allocate
8520  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8521  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8522  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8523  *                      in range must have the same migratetype and it must
8524  *                      be either of the two.
8525  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8526  *
8527  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8528  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8529  *
8530  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8531  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8532  * be modified by others.
8533  *
8534  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8535  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8536  * need to be freed with free_contig_range().
8537  */
8538 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8539                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8540 {
8541         unsigned long outer_start, outer_end;
8542         unsigned int order;
8543         int ret = 0;
8544
8545         struct compact_control cc = {
8546                 .nr_migratepages = 0,
8547                 .order = -1,
8548                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8549                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8550                 .ignore_skip_hint = true,
8551                 .no_set_skip_hint = true,
8552                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8553                 .alloc_contig = true,
8554         };
8555         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8556
8557         /*
8558          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8559          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8560          * have different sizes, and due to the way page allocator
8561          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8562          * that page allocator won't try to merge buddies from
8563          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8564          * other migration type.
8565          *
8566          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8567          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8568          * we are interested in).  This will put all the pages in
8569          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8570          *
8571          * When this is done, we take the pages in range from page
8572          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8573          * page allocator will never consider using them.
8574          *
8575          * This lets us mark the pageblocks back as
8576          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8577          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8578          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8579          */
8580
8581         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8582                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8583         if (ret)
8584                 return ret;
8585
8586         drain_all_pages(cc.zone);
8587
8588         /*
8589          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8590          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8591          * which will report the busy page.
8592          *
8593          * It is possible that busy pages could become available before
8594          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8595          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8596          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8597          */
8598         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8599         if (ret && ret != -EBUSY)
8600                 goto done;
8601         ret =0;
8602
8603         /*
8604          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8605          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8606          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8607          * What we are going to do is to allocate all pages from
8608          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8609          *
8610          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8611          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8612          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8613          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8614          * once this is done free the pages we are not interested in.
8615          *
8616          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8617          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8618          */
8619
8620         lru_add_drain_all();
8621
8622         order = 0;
8623         outer_start = start;
8624         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8625                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8626                         outer_start = start;
8627                         break;
8628                 }
8629                 outer_start &= ~0UL << order;
8630         }
8631
8632         if (outer_start != start) {
8633                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
8634
8635                 /*
8636                  * outer_start page could be small order buddy page and
8637                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8638                  * in this case to report failed page properly
8639                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8640                  */
8641                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8642                         outer_start = start;
8643         }
8644
8645         /* Make sure the range is really isolated. */
8646         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8647                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8648                         __func__, outer_start, end);
8649                 ret = -EBUSY;
8650                 goto done;
8651         }
8652
8653         /* Grab isolated pages from freelists. */
8654         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8655         if (!outer_end) {
8656                 ret = -EBUSY;
8657                 goto done;
8658         }
8659
8660         /* Free head and tail (if any) */
8661         if (start != outer_start)
8662                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8663         if (end != outer_end)
8664                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8665
8666 done:
8667         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8668                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8669         return ret;
8670 }
8671 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
8672
8673 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8674                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8675 {
8676         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8677
8678         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8679                                   gfp_mask);
8680 }
8681
8682 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8683                                    unsigned long nr_pages)
8684 {
8685         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8686         struct page *page;
8687
8688         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8689                 page = pfn_to_online_page(i);
8690                 if (!page)
8691                         return false;
8692
8693                 if (page_zone(page) != z)
8694                         return false;
8695
8696                 if (PageReserved(page))
8697                         return false;
8698
8699                 if (page_count(page) > 0)
8700                         return false;
8701
8702                 if (PageHuge(page))
8703                         return false;
8704         }
8705         return true;
8706 }
8707
8708 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8709                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8710 {
8711         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8712
8713         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8714 }
8715
8716 /**
8717  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8718  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8719  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8720  * @nid:        Target node
8721  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8722  *
8723  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8724  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8725  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8726  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8727  *
8728  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8729  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8730  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8731  *
8732  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8733  * __free_page() on each allocated page.
8734  *
8735  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8736  */
8737 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8738                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8739 {
8740         unsigned long ret, pfn, flags;
8741         struct zonelist *zonelist;
8742         struct zone *zone;
8743         struct zoneref *z;
8744
8745         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
8746         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
8747                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
8748                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8749
8750                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
8751                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
8752                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
8753                                 /*
8754                                  * We release the zone lock here because
8755                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
8756                                  * at some point. If there's an allocation
8757                                  * spinning on this lock, it may win the race
8758                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
8759                                  */
8760                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8761                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
8762                                                         gfp_mask);
8763                                 if (!ret)
8764                                         return pfn_to_page(pfn);
8765                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8766                         }
8767                         pfn += nr_pages;
8768                 }
8769                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8770         }
8771         return NULL;
8772 }
8773 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8774
8775 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8776 {
8777         unsigned int count = 0;
8778
8779         for (; nr_pages--; pfn++) {
8780                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8781
8782                 count += page_count(page) != 1;
8783                 __free_page(page);
8784         }
8785         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8786 }
8787 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
8788
8789 /*
8790  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8791  * page high values need to be recalulated.
8792  */
8793 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8794 {
8795         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8796         zone_set_pageset_high_and_batch(zone);
8797         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8798 }
8799
8800 /*
8801  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
8802  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
8803  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
8804  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
8805  *
8806  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
8807  */
8808 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
8809 {
8810         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8811         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
8812         __drain_all_pages(zone, true);
8813 }
8814
8815 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
8816 {
8817         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
8818         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8819 }
8820
8821 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8822 {
8823         unsigned long flags;
8824         int cpu;
8825         struct per_cpu_pageset *pset;
8826
8827         /* avoid races with drain_pages()  */
8828         local_irq_save(flags);
8829         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8830                 for_each_online_cpu(cpu) {
8831                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8832                         drain_zonestat(zone, pset);
8833                 }
8834                 free_percpu(zone->pageset);
8835                 zone->pageset = &boot_pageset;
8836         }
8837         local_irq_restore(flags);
8838 }
8839
8840 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8841 /*
8842  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
8843  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
8844  */
8845 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8846 {
8847         unsigned long pfn = start_pfn;
8848         struct page *page;
8849         struct zone *zone;
8850         unsigned int order;
8851         unsigned long flags;
8852
8853         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8854         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8855         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8856         while (pfn < end_pfn) {
8857                 page = pfn_to_page(pfn);
8858                 /*
8859                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8860                  * page_count() is not 0.
8861                  */
8862                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8863                         pfn++;
8864                         continue;
8865                 }
8866                 /*
8867                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
8868                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
8869                  */
8870                 if (PageOffline(page)) {
8871                         BUG_ON(page_count(page));
8872                         BUG_ON(PageBuddy(page));
8873                         pfn++;
8874                         continue;
8875                 }
8876
8877                 BUG_ON(page_count(page));
8878                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8879                 order = buddy_order(page);
8880                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
8881                 pfn += (1 << order);
8882         }
8883         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8884 }
8885 #endif
8886
8887 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8888 {
8889         struct zone *zone = page_zone(page);
8890         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8891         unsigned long flags;
8892         unsigned int order;
8893
8894         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8895         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8896                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8897
8898                 if (PageBuddy(page_head) && buddy_order(page_head) >= order)
8899                         break;
8900         }
8901         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8902
8903         return order < MAX_ORDER;
8904 }
8905
8906 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8907 /*
8908  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
8909  * buddy allocator.
8910  */
8911 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8912                                    struct page *target, int low, int high,
8913                                    int migratetype)
8914 {
8915         unsigned long size = 1 << high;
8916         struct page *current_buddy, *next_page;
8917
8918         while (high > low) {
8919                 high--;
8920                 size >>= 1;
8921
8922                 if (target >= &page[size]) {
8923                         next_page = page + size;
8924                         current_buddy = page;
8925                 } else {
8926                         next_page = page;
8927                         current_buddy = page + size;
8928                 }
8929
8930                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
8931                         continue;
8932
8933                 if (current_buddy != target) {
8934                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
8935                         set_buddy_order(current_buddy, high);
8936                         page = next_page;
8937                 }
8938         }
8939 }
8940
8941 /*
8942  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
8943  */
8944 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
8945 {
8946         struct zone *zone = page_zone(page);
8947         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8948         unsigned long flags;
8949         unsigned int order;
8950         bool ret = false;
8951
8952         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8953         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8954                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8955                 int page_order = buddy_order(page_head);
8956
8957                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
8958                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
8959                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
8960                                                                    pfn_head);
8961
8962                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
8963                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
8964                                                 page_order, migratetype);
8965                         ret = true;
8966                         break;
8967                 }
8968                 if (page_count(page_head) > 0)
8969                         break;
8970         }
8971         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8972         return ret;
8973 }
8974 #endif