mm/numa: automatically generate node migration order
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/mmu_notifier.h>
61 #include <linux/migrate.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/sched/mm.h>
65 #include <linux/page_owner.h>
66 #include <linux/kthread.h>
67 #include <linux/memcontrol.h>
68 #include <linux/ftrace.h>
69 #include <linux/lockdep.h>
70 #include <linux/nmi.h>
71 #include <linux/psi.h>
72 #include <linux/padata.h>
73 #include <linux/khugepaged.h>
74 #include <linux/buffer_head.h>
75 #include <asm/sections.h>
76 #include <asm/tlbflush.h>
77 #include <asm/div64.h>
78 #include "internal.h"
79 #include "shuffle.h"
80 #include "page_reporting.h"
81
82 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
83 typedef int __bitwise fpi_t;
84
85 /* No special request */
86 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
87
88 /*
89  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
90  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
91  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
92  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
93  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
94  * putting it back unmodified.
95  */
96 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
97
98 /*
99  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
100  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
101  * shuffle the whole zone).
102  *
103  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
104  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
105  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
106  *       reporting).
107  */
108 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
109
110 /*
111  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
112  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
113  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
114  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
115  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
116  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
117  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
118  */
119 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
120
121 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
122 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
123 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
124
125 struct pagesets {
126         local_lock_t lock;
127 };
128 static DEFINE_PER_CPU(struct pagesets, pagesets) = {
129         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
130 };
131
132 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
133 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
134 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
135 #endif
136
137 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
138
139 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
140 /*
141  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
142  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
143  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
144  * defined in <linux/topology.h>.
145  */
146 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
147 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
148 #endif
149
150 /* work_structs for global per-cpu drains */
151 struct pcpu_drain {
152         struct zone *zone;
153         struct work_struct work;
154 };
155 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
156 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
157
158 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
159 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
160 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
161 #endif
162
163 /*
164  * Array of node states.
165  */
166 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
167         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
168         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
169 #ifndef CONFIG_NUMA
170         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
171 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
172         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
173 #endif
174         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
175         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
176 #endif  /* NUMA */
177 };
178 EXPORT_SYMBOL(node_states);
179
180 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
181 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
182 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
183 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
184
185 int percpu_pagelist_high_fraction;
186 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
187 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
188 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
189
190 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
191 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
192
193 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
194                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
195 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
196 {
197
198         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
199 }
200 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
201
202 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
203                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
204 static int __init early_init_on_free(char *buf)
205 {
206         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
207 }
208 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
209
210 /*
211  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
212  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
213  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
214  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
215  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
216  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
217  */
218 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
219 {
220         return page->index;
221 }
222
223 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
224 {
225         page->index = migratetype;
226 }
227
228 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
229 /*
230  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
231  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
232  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
233  * they should always be called with system_transition_mutex held
234  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
235  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
236  * with that modification).
237  */
238
239 static gfp_t saved_gfp_mask;
240
241 void pm_restore_gfp_mask(void)
242 {
243         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
244         if (saved_gfp_mask) {
245                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
246                 saved_gfp_mask = 0;
247         }
248 }
249
250 void pm_restrict_gfp_mask(void)
251 {
252         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
253         WARN_ON(saved_gfp_mask);
254         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
255         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
256 }
257
258 bool pm_suspended_storage(void)
259 {
260         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
261                 return false;
262         return true;
263 }
264 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
265
266 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
267 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
268 #endif
269
270 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
271                             fpi_t fpi_flags);
272
273 /*
274  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
275  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
276  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
277  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
278  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
279  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
280  *
281  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
282  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
283  */
284 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
285 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
286         [ZONE_DMA] = 256,
287 #endif
288 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
289         [ZONE_DMA32] = 256,
290 #endif
291         [ZONE_NORMAL] = 32,
292 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
293         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
294 #endif
295         [ZONE_MOVABLE] = 0,
296 };
297
298 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
299 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
300          "DMA",
301 #endif
302 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
303          "DMA32",
304 #endif
305          "Normal",
306 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
307          "HighMem",
308 #endif
309          "Movable",
310 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
311          "Device",
312 #endif
313 };
314
315 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
316         "Unmovable",
317         "Movable",
318         "Reclaimable",
319         "HighAtomic",
320 #ifdef CONFIG_CMA
321         "CMA",
322 #endif
323 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
324         "Isolate",
325 #endif
326 };
327
328 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
329         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
330         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
331 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
332         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
333 #endif
334 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
335         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
336 #endif
337 };
338
339 int min_free_kbytes = 1024;
340 int user_min_free_kbytes = -1;
341 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
342 int watermark_scale_factor = 10;
343
344 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
345 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
346 static unsigned long dma_reserve __initdata;
347
348 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
349 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
350 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
351 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
352 static unsigned long required_movablecore __initdata;
353 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
354 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
355 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
356
357 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
358 int movable_zone;
359 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
360
361 #if MAX_NUMNODES > 1
362 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
363 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
364 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
365 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
366 #endif
367
368 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
369
370 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
371 /*
372  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
373  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
374  * and we can permanently disable that path.
375  */
376 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
377
378 /*
379  * Calling kasan_poison_pages() only after deferred memory initialization
380  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
381  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
382  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
383  *
384  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
385  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
386  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
387  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
388  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
389  * initialization is done, but this is not likely to happen.
390  */
391 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
392 {
393         return static_branch_unlikely(&deferred_pages) ||
394                (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
395                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
396                PageSkipKASanPoison(page);
397 }
398
399 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
400 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
401 {
402         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
403
404         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
405                 return true;
406
407         return false;
408 }
409
410 /*
411  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
412  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
413  */
414 static bool __meminit
415 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
416 {
417         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
418
419         /*
420          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
421          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
422          */
423         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
424                 prev_end_pfn = end_pfn;
425                 nr_initialised = 0;
426         }
427
428         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
429         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
430                 return false;
431
432         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
433                 return true;
434         /*
435          * We start only with one section of pages, more pages are added as
436          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
437          */
438         nr_initialised++;
439         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
440             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
441                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
442                 return true;
443         }
444         return false;
445 }
446 #else
447 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
448 {
449         return (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
450                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
451                PageSkipKASanPoison(page);
452 }
453
454 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
455 {
456         return false;
457 }
458
459 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
460 {
461         return false;
462 }
463 #endif
464
465 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
466 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
467                                                         unsigned long pfn)
468 {
469 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
470         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
471 #else
472         return page_zone(page)->pageblock_flags;
473 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
474 }
475
476 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
477 {
478 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
479         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
480 #else
481         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
482 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
483         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
484 }
485
486 static __always_inline
487 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
488                                         unsigned long pfn,
489                                         unsigned long mask)
490 {
491         unsigned long *bitmap;
492         unsigned long bitidx, word_bitidx;
493         unsigned long word;
494
495         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
496         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
497         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
498         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
499
500         word = bitmap[word_bitidx];
501         return (word >> bitidx) & mask;
502 }
503
504 /**
505  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
506  * @page: The page within the block of interest
507  * @pfn: The target page frame number
508  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
509  *
510  * Return: pageblock_bits flags
511  */
512 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
513                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
514 {
515         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
516 }
517
518 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
519                                         unsigned long pfn)
520 {
521         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
522 }
523
524 /**
525  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
526  * @page: The page within the block of interest
527  * @flags: The flags to set
528  * @pfn: The target page frame number
529  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
530  */
531 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
532                                         unsigned long pfn,
533                                         unsigned long mask)
534 {
535         unsigned long *bitmap;
536         unsigned long bitidx, word_bitidx;
537         unsigned long old_word, word;
538
539         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
540         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
541
542         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
543         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
544         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
545         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
546
547         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
548
549         mask <<= bitidx;
550         flags <<= bitidx;
551
552         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
553         for (;;) {
554                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
555                 if (word == old_word)
556                         break;
557                 word = old_word;
558         }
559 }
560
561 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
562 {
563         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
564                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
565                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
566
567         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
568                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
569 }
570
571 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
572 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
573 {
574         int ret = 0;
575         unsigned seq;
576         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
577         unsigned long sp, start_pfn;
578
579         do {
580                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
581                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
582                 sp = zone->spanned_pages;
583                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
584                         ret = 1;
585         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
586
587         if (ret)
588                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
589                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
590                         start_pfn, start_pfn + sp);
591
592         return ret;
593 }
594
595 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
596 {
597         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
598                 return 0;
599         if (zone != page_zone(page))
600                 return 0;
601
602         return 1;
603 }
604 /*
605  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
606  */
607 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
608 {
609         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
610                 return 1;
611         if (!page_is_consistent(zone, page))
612                 return 1;
613
614         return 0;
615 }
616 #else
617 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
618 {
619         return 0;
620 }
621 #endif
622
623 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
624 {
625         static unsigned long resume;
626         static unsigned long nr_shown;
627         static unsigned long nr_unshown;
628
629         /*
630          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
631          * or allow a steady drip of one report per second.
632          */
633         if (nr_shown == 60) {
634                 if (time_before(jiffies, resume)) {
635                         nr_unshown++;
636                         goto out;
637                 }
638                 if (nr_unshown) {
639                         pr_alert(
640                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
641                                 nr_unshown);
642                         nr_unshown = 0;
643                 }
644                 nr_shown = 0;
645         }
646         if (nr_shown++ == 0)
647                 resume = jiffies + 60 * HZ;
648
649         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
650                 current->comm, page_to_pfn(page));
651         dump_page(page, reason);
652
653         print_modules();
654         dump_stack();
655 out:
656         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
657         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
658         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
659 }
660
661 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
662 {
663         int base = order;
664
665 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
666         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
667                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
668                 base = PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER + 1;
669         }
670 #else
671         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
672 #endif
673
674         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
675 }
676
677 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
678 {
679         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
680
681 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
682         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
683                 order = pageblock_order;
684                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
685         }
686 #else
687         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
688 #endif
689
690         return order;
691 }
692
693 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
694 {
695         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
696                 return true;
697 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
698         if (order == pageblock_order)
699                 return true;
700 #endif
701         return false;
702 }
703
704 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
705 {
706         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
707                 free_unref_page(page, order);
708         else
709                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
710 }
711
712 /*
713  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
714  *
715  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
716  *
717  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
718  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
719  *
720  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
721  * page destructors. See compound_page_dtors.
722  *
723  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
724  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
725  */
726
727 void free_compound_page(struct page *page)
728 {
729         mem_cgroup_uncharge(page);
730         free_the_page(page, compound_order(page));
731 }
732
733 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
734 {
735         int i;
736         int nr_pages = 1 << order;
737
738         __SetPageHead(page);
739         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
740                 struct page *p = page + i;
741                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
742                 set_compound_head(p, page);
743         }
744
745         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
746         set_compound_order(page, order);
747         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
748         if (hpage_pincount_available(page))
749                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
750 }
751
752 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
753 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
754
755 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
756                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
757 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
758 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
759 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
760
761 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
762
763 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
764 {
765         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
766 }
767 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
768
769 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
770 {
771         unsigned long res;
772
773         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
774                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
775                 return 0;
776         }
777         _debug_guardpage_minorder = res;
778         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
779         return 0;
780 }
781 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
782
783 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
784                                 unsigned int order, int migratetype)
785 {
786         if (!debug_guardpage_enabled())
787                 return false;
788
789         if (order >= debug_guardpage_minorder())
790                 return false;
791
792         __SetPageGuard(page);
793         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
794         set_page_private(page, order);
795         /* Guard pages are not available for any usage */
796         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
797
798         return true;
799 }
800
801 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
802                                 unsigned int order, int migratetype)
803 {
804         if (!debug_guardpage_enabled())
805                 return;
806
807         __ClearPageGuard(page);
808
809         set_page_private(page, 0);
810         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
811                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
812 }
813 #else
814 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
815                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
816 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
817                                 unsigned int order, int migratetype) {}
818 #endif
819
820 /*
821  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
822  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
823  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
824  * enabled, and then make decisions.
825  */
826 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
827 {
828         bool page_poisoning_requested = false;
829
830 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
831         /*
832          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
833          * either of those options are enabled, enable poisoning.
834          */
835         if (page_poisoning_enabled() ||
836              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
837               debug_pagealloc_enabled())) {
838                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
839                 page_poisoning_requested = true;
840         }
841 #endif
842
843         if ((_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early) &&
844             page_poisoning_requested) {
845                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
846                         "will take precedence over init_on_alloc and init_on_free\n");
847                 _init_on_alloc_enabled_early = false;
848                 _init_on_free_enabled_early = false;
849         }
850
851         if (_init_on_alloc_enabled_early)
852                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
853         else
854                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
855
856         if (_init_on_free_enabled_early)
857                 static_branch_enable(&init_on_free);
858         else
859                 static_branch_disable(&init_on_free);
860
861 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
862         if (!debug_pagealloc_enabled())
863                 return;
864
865         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
866
867         if (!debug_guardpage_minorder())
868                 return;
869
870         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
871 #endif
872 }
873
874 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
875 {
876         set_page_private(page, order);
877         __SetPageBuddy(page);
878 }
879
880 /*
881  * This function checks whether a page is free && is the buddy
882  * we can coalesce a page and its buddy if
883  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
884  * (b) the buddy is in the buddy system &&
885  * (c) a page and its buddy have the same order &&
886  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
887  *
888  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
889  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
890  *
891  * For recording page's order, we use page_private(page).
892  */
893 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
894                                                         unsigned int order)
895 {
896         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
897                 return false;
898
899         if (buddy_order(buddy) != order)
900                 return false;
901
902         /*
903          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
904          * zone/node ids for pages that could never merge.
905          */
906         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
907                 return false;
908
909         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
910
911         return true;
912 }
913
914 #ifdef CONFIG_COMPACTION
915 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
916 {
917         struct capture_control *capc = current->capture_control;
918
919         return unlikely(capc) &&
920                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
921                 !capc->page &&
922                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
923 }
924
925 static inline bool
926 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
927                    int order, int migratetype)
928 {
929         if (!capc || order != capc->cc->order)
930                 return false;
931
932         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
933         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
934             is_migrate_isolate(migratetype))
935                 return false;
936
937         /*
938          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
939          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
940          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
941          * have trouble finding a high-order free page.
942          */
943         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
944                 return false;
945
946         capc->page = page;
947         return true;
948 }
949
950 #else
951 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
952 {
953         return NULL;
954 }
955
956 static inline bool
957 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
958                    int order, int migratetype)
959 {
960         return false;
961 }
962 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
963
964 /* Used for pages not on another list */
965 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
966                                     unsigned int order, int migratetype)
967 {
968         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
969
970         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
971         area->nr_free++;
972 }
973
974 /* Used for pages not on another list */
975 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
976                                          unsigned int order, int migratetype)
977 {
978         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
979
980         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
981         area->nr_free++;
982 }
983
984 /*
985  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
986  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
987  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
988  */
989 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
990                                      unsigned int order, int migratetype)
991 {
992         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
993
994         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
995 }
996
997 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
998                                            unsigned int order)
999 {
1000         /* clear reported state and update reported page count */
1001         if (page_reported(page))
1002                 __ClearPageReported(page);
1003
1004         list_del(&page->lru);
1005         __ClearPageBuddy(page);
1006         set_page_private(page, 0);
1007         zone->free_area[order].nr_free--;
1008 }
1009
1010 /*
1011  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
1012  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
1013  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
1014  * that is happening, add the free page to the tail of the list
1015  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
1016  * as a higher order page
1017  */
1018 static inline bool
1019 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
1020                    struct page *page, unsigned int order)
1021 {
1022         struct page *higher_page, *higher_buddy;
1023         unsigned long combined_pfn;
1024
1025         if (order >= MAX_ORDER - 2)
1026                 return false;
1027
1028         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
1029                 return false;
1030
1031         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1032         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
1033         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
1034         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
1035
1036         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
1037                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
1038 }
1039
1040 /*
1041  * Freeing function for a buddy system allocator.
1042  *
1043  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1044  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1045  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1046  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1047  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1048  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1049  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1050  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1051  * parts of the VM system.
1052  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1053  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1054  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1055  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1056  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1057  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1058  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1059  * triggers coalescing into a block of larger size.
1060  *
1061  * -- nyc
1062  */
1063
1064 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1065                 unsigned long pfn,
1066                 struct zone *zone, unsigned int order,
1067                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1068 {
1069         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1070         unsigned long buddy_pfn;
1071         unsigned long combined_pfn;
1072         unsigned int max_order;
1073         struct page *buddy;
1074         bool to_tail;
1075
1076         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER - 1, pageblock_order);
1077
1078         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1079         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1080
1081         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1082         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1083                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1084
1085         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1086         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1087
1088 continue_merging:
1089         while (order < max_order) {
1090                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1091                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1092                                                                 migratetype);
1093                         return;
1094                 }
1095                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1096                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1097
1098                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
1099                         goto done_merging;
1100                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1101                         goto done_merging;
1102                 /*
1103                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1104                  * merge with it and move up one order.
1105                  */
1106                 if (page_is_guard(buddy))
1107                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1108                 else
1109                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1110                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1111                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1112                 pfn = combined_pfn;
1113                 order++;
1114         }
1115         if (order < MAX_ORDER - 1) {
1116                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1117                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1118                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1119                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1120                  *
1121                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1122                  * low-order merging.
1123                  */
1124                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1125                         int buddy_mt;
1126
1127                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1128                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1129                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1130
1131                         if (migratetype != buddy_mt
1132                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1133                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1134                                 goto done_merging;
1135                 }
1136                 max_order = order + 1;
1137                 goto continue_merging;
1138         }
1139
1140 done_merging:
1141         set_buddy_order(page, order);
1142
1143         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1144                 to_tail = true;
1145         else if (is_shuffle_order(order))
1146                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1147         else
1148                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1149
1150         if (to_tail)
1151                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1152         else
1153                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1154
1155         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1156         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1157                 page_reporting_notify_free(order);
1158 }
1159
1160 /*
1161  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1162  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1163  * check if necessary.
1164  */
1165 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1166                                         unsigned long check_flags)
1167 {
1168         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1169                 return false;
1170
1171         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1172                         page_ref_count(page) |
1173 #ifdef CONFIG_MEMCG
1174                         page->memcg_data |
1175 #endif
1176                         (page->flags & check_flags)))
1177                 return false;
1178
1179         return true;
1180 }
1181
1182 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1183 {
1184         const char *bad_reason = NULL;
1185
1186         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1187                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1188         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1189                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1190         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1191                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1192         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1193                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1194                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1195                 else
1196                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1197         }
1198 #ifdef CONFIG_MEMCG
1199         if (unlikely(page->memcg_data))
1200                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1201 #endif
1202         return bad_reason;
1203 }
1204
1205 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1206 {
1207         bad_page(page,
1208                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1209 }
1210
1211 static inline int check_free_page(struct page *page)
1212 {
1213         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1214                 return 0;
1215
1216         /* Something has gone sideways, find it */
1217         check_free_page_bad(page);
1218         return 1;
1219 }
1220
1221 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1222 {
1223         int ret = 1;
1224
1225         /*
1226          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1227          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1228          */
1229         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1230
1231         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1232                 ret = 0;
1233                 goto out;
1234         }
1235         switch (page - head_page) {
1236         case 1:
1237                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1238                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1239                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1240                         goto out;
1241                 }
1242                 break;
1243         case 2:
1244                 /*
1245                  * the second tail page: ->mapping is
1246                  * deferred_list.next -- ignore value.
1247                  */
1248                 break;
1249         default:
1250                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1251                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1252                         goto out;
1253                 }
1254                 break;
1255         }
1256         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1257                 bad_page(page, "PageTail not set");
1258                 goto out;
1259         }
1260         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1261                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1262                 goto out;
1263         }
1264         ret = 0;
1265 out:
1266         page->mapping = NULL;
1267         clear_compound_head(page);
1268         return ret;
1269 }
1270
1271 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages, bool zero_tags)
1272 {
1273         int i;
1274
1275         if (zero_tags) {
1276                 for (i = 0; i < numpages; i++)
1277                         tag_clear_highpage(page + i);
1278                 return;
1279         }
1280
1281         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1282         kasan_disable_current();
1283         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1284                 u8 tag = page_kasan_tag(page + i);
1285                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1286                 clear_highpage(page + i);
1287                 page_kasan_tag_set(page + i, tag);
1288         }
1289         kasan_enable_current();
1290 }
1291
1292 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1293                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1294 {
1295         int bad = 0;
1296         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags);
1297
1298         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1299
1300         trace_mm_page_free(page, order);
1301
1302         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1303                 /*
1304                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1305                  * Untie memcg state and reset page's owner
1306                  */
1307                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1308                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1309                 reset_page_owner(page, order);
1310                 return false;
1311         }
1312
1313         /*
1314          * Check tail pages before head page information is cleared to
1315          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1316          */
1317         if (unlikely(order)) {
1318                 bool compound = PageCompound(page);
1319                 int i;
1320
1321                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1322
1323                 if (compound)
1324                         ClearPageDoubleMap(page);
1325                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1326                         if (compound)
1327                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1328                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1329                                 bad++;
1330                                 continue;
1331                         }
1332                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1333                 }
1334         }
1335         if (PageMappingFlags(page))
1336                 page->mapping = NULL;
1337         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1338                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1339         if (check_free)
1340                 bad += check_free_page(page);
1341         if (bad)
1342                 return false;
1343
1344         page_cpupid_reset_last(page);
1345         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1346         reset_page_owner(page, order);
1347
1348         if (!PageHighMem(page)) {
1349                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1350                                            PAGE_SIZE << order);
1351                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1352                                            PAGE_SIZE << order);
1353         }
1354
1355         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1356
1357         /*
1358          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1359          * kasan_free_pages and kernel_init_free_pages must be
1360          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1361          *
1362          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1363          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1364          */
1365         if (kasan_has_integrated_init()) {
1366                 if (!skip_kasan_poison)
1367                         kasan_free_pages(page, order);
1368         } else {
1369                 bool init = want_init_on_free();
1370
1371                 if (init)
1372                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order, false);
1373                 if (!skip_kasan_poison)
1374                         kasan_poison_pages(page, order, init);
1375         }
1376
1377         /*
1378          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1379          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1380          * happen after this.
1381          */
1382         arch_free_page(page, order);
1383
1384         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1385
1386         return true;
1387 }
1388
1389 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1390 /*
1391  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1392  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1393  * moved from pcp lists to free lists.
1394  */
1395 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1396 {
1397         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1398 }
1399
1400 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1401 {
1402         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1403                 return check_free_page(page);
1404         else
1405                 return false;
1406 }
1407 #else
1408 /*
1409  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1410  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1411  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1412  * to the pcp lists.
1413  */
1414 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1415 {
1416         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1417                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1418         else
1419                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1420 }
1421
1422 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1423 {
1424         return check_free_page(page);
1425 }
1426 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1427
1428 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1429 {
1430         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1431         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1432         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1433
1434         prefetch(buddy);
1435 }
1436
1437 /*
1438  * Frees a number of pages from the PCP lists
1439  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1440  * count is the number of pages to free.
1441  *
1442  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1443  * see if this freeing clears that state.
1444  *
1445  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1446  * pinned" detection logic.
1447  */
1448 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1449                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1450 {
1451         int pindex = 0;
1452         int batch_free = 0;
1453         int nr_freed = 0;
1454         unsigned int order;
1455         int prefetch_nr = READ_ONCE(pcp->batch);
1456         bool isolated_pageblocks;
1457         struct page *page, *tmp;
1458         LIST_HEAD(head);
1459
1460         /*
1461          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1462          * below while (list_empty(list)) loop.
1463          */
1464         count = min(pcp->count, count);
1465         while (count > 0) {
1466                 struct list_head *list;
1467
1468                 /*
1469                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1470                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1471                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1472                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1473                  * lists
1474                  */
1475                 do {
1476                         batch_free++;
1477                         if (++pindex == NR_PCP_LISTS)
1478                                 pindex = 0;
1479                         list = &pcp->lists[pindex];
1480                 } while (list_empty(list));
1481
1482                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1483                 if (batch_free == NR_PCP_LISTS)
1484                         batch_free = count;
1485
1486                 order = pindex_to_order(pindex);
1487                 BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER >= (1<<NR_PCP_ORDER_WIDTH));
1488                 do {
1489                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1490                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1491                         list_del(&page->lru);
1492                         nr_freed += 1 << order;
1493                         count -= 1 << order;
1494
1495                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1496                                 continue;
1497
1498                         /* Encode order with the migratetype */
1499                         page->index <<= NR_PCP_ORDER_WIDTH;
1500                         page->index |= order;
1501
1502                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1503
1504                         /*
1505                          * We are going to put the page back to the global
1506                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1507                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1508                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1509                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1510                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1511                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1512                          */
1513                         if (prefetch_nr) {
1514                                 prefetch_buddy(page);
1515                                 prefetch_nr--;
1516                         }
1517                 } while (count > 0 && --batch_free && !list_empty(list));
1518         }
1519         pcp->count -= nr_freed;
1520
1521         /*
1522          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
1523          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
1524          */
1525         spin_lock(&zone->lock);
1526         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1527
1528         /*
1529          * Use safe version since after __free_one_page(),
1530          * page->lru.next will not point to original list.
1531          */
1532         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1533                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1534
1535                 /* mt has been encoded with the order (see above) */
1536                 order = mt & NR_PCP_ORDER_MASK;
1537                 mt >>= NR_PCP_ORDER_WIDTH;
1538
1539                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1540                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1541                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1542                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1543                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1544
1545                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1546                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1547         }
1548         spin_unlock(&zone->lock);
1549 }
1550
1551 static void free_one_page(struct zone *zone,
1552                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1553                                 unsigned int order,
1554                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1555 {
1556         unsigned long flags;
1557
1558         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1559         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1560                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1561                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1562         }
1563         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1564         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1565 }
1566
1567 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1568                                 unsigned long zone, int nid)
1569 {
1570         mm_zero_struct_page(page);
1571         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1572         init_page_count(page);
1573         page_mapcount_reset(page);
1574         page_cpupid_reset_last(page);
1575         page_kasan_tag_reset(page);
1576
1577         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1578 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1579         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1580         if (!is_highmem_idx(zone))
1581                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1582 #endif
1583 }
1584
1585 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1586 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1587 {
1588         pg_data_t *pgdat;
1589         int nid, zid;
1590
1591         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1592                 return;
1593
1594         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1595         pgdat = NODE_DATA(nid);
1596
1597         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1598                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1599
1600                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1601                         break;
1602         }
1603         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1604 }
1605 #else
1606 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1607 {
1608 }
1609 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1610
1611 /*
1612  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1613  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1614  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1615  * sent to the buddy page allocator.
1616  */
1617 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1618 {
1619         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1620         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1621
1622         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1623                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1624                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1625
1626                         init_reserved_page(start_pfn);
1627
1628                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1629                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1630
1631                         /*
1632                          * no need for atomic set_bit because the struct
1633                          * page is not visible yet so nobody should
1634                          * access it yet.
1635                          */
1636                         __SetPageReserved(page);
1637                 }
1638         }
1639 }
1640
1641 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1642                             fpi_t fpi_flags)
1643 {
1644         unsigned long flags;
1645         int migratetype;
1646         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1647         struct zone *zone = page_zone(page);
1648
1649         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1650                 return;
1651
1652         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1653
1654         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1655         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1656                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1657                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1658         }
1659         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1660         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1661
1662         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1663 }
1664
1665 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1666 {
1667         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1668         struct page *p = page;
1669         unsigned int loop;
1670
1671         /*
1672          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1673          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1674          * refcount of all involved pages to 0.
1675          */
1676         prefetchw(p);
1677         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1678                 prefetchw(p + 1);
1679                 __ClearPageReserved(p);
1680                 set_page_count(p, 0);
1681         }
1682         __ClearPageReserved(p);
1683         set_page_count(p, 0);
1684
1685         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1686
1687         /*
1688          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1689          * relevant for memory onlining.
1690          */
1691         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1692 }
1693
1694 #ifdef CONFIG_NUMA
1695
1696 /*
1697  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1698  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1699  * treats start/end as pfns.
1700  */
1701 struct mminit_pfnnid_cache {
1702         unsigned long last_start;
1703         unsigned long last_end;
1704         int last_nid;
1705 };
1706
1707 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1708
1709 /*
1710  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1711  */
1712 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1713                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1714 {
1715         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1716         int nid;
1717
1718         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1719                 return state->last_nid;
1720
1721         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1722         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1723                 state->last_start = start_pfn;
1724                 state->last_end = end_pfn;
1725                 state->last_nid = nid;
1726         }
1727
1728         return nid;
1729 }
1730
1731 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1732 {
1733         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1734         int nid;
1735
1736         spin_lock(&early_pfn_lock);
1737         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1738         if (nid < 0)
1739                 nid = first_online_node;
1740         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1741
1742         return nid;
1743 }
1744 #endif /* CONFIG_NUMA */
1745
1746 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1747                                                         unsigned int order)
1748 {
1749         if (early_page_uninitialised(pfn))
1750                 return;
1751         __free_pages_core(page, order);
1752 }
1753
1754 /*
1755  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1756  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1757  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1758  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1759  * pageblocks.
1760  *
1761  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1762  *
1763  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1764  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1765  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1766  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1767  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1768  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1769  * page in a pageblock.
1770  */
1771 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1772                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1773 {
1774         struct page *start_page;
1775         struct page *end_page;
1776
1777         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1778         end_pfn--;
1779
1780         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1781                 return NULL;
1782
1783         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1784         if (!start_page)
1785                 return NULL;
1786
1787         if (page_zone(start_page) != zone)
1788                 return NULL;
1789
1790         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1791
1792         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1793         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1794                 return NULL;
1795
1796         return start_page;
1797 }
1798
1799 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1800 {
1801         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1802         unsigned long block_end_pfn;
1803
1804         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1805         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1806                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1807                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1808
1809                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1810
1811                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1812                                              block_end_pfn, zone))
1813                         return;
1814                 cond_resched();
1815         }
1816
1817         /* We confirm that there is no hole */
1818         zone->contiguous = true;
1819 }
1820
1821 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1822 {
1823         zone->contiguous = false;
1824 }
1825
1826 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1827 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1828                                        unsigned long nr_pages)
1829 {
1830         struct page *page;
1831         unsigned long i;
1832
1833         if (!nr_pages)
1834                 return;
1835
1836         page = pfn_to_page(pfn);
1837
1838         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1839         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1840             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1841                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1842                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1843                 return;
1844         }
1845
1846         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1847                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1848                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1849                 __free_pages_core(page, 0);
1850         }
1851 }
1852
1853 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1854 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1855 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1856
1857 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1858 {
1859         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1860                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1861 }
1862
1863 /*
1864  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1865  *
1866  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1867  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1868  * function is optimized out.
1869  *
1870  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1871  * of the head pfn.
1872  */
1873 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1874 {
1875         if (!pfn_valid_within(pfn))
1876                 return false;
1877         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1878                 return false;
1879         return true;
1880 }
1881
1882 /*
1883  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1884  * pageblock_nr_pages sizes.
1885  */
1886 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1887                                        unsigned long end_pfn)
1888 {
1889         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1890         unsigned long nr_free = 0;
1891
1892         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1893                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1894                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1895                         nr_free = 0;
1896                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1897                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1898                         nr_free = 1;
1899                 } else {
1900                         nr_free++;
1901                 }
1902         }
1903         /* Free the last block of pages to allocator */
1904         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1905 }
1906
1907 /*
1908  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1909  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1910  * Return number of pages initialized.
1911  */
1912 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1913                                                  unsigned long pfn,
1914                                                  unsigned long end_pfn)
1915 {
1916         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1917         int nid = zone_to_nid(zone);
1918         unsigned long nr_pages = 0;
1919         int zid = zone_idx(zone);
1920         struct page *page = NULL;
1921
1922         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1923                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1924                         page = NULL;
1925                         continue;
1926                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1927                         page = pfn_to_page(pfn);
1928                 } else {
1929                         page++;
1930                 }
1931                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1932                 nr_pages++;
1933         }
1934         return (nr_pages);
1935 }
1936
1937 /*
1938  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1939  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1940  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1941  * return false indicating there are no valid ranges left.
1942  */
1943 static bool __init
1944 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1945                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1946                                     unsigned long first_init_pfn)
1947 {
1948         u64 j;
1949
1950         /*
1951          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1952          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1953          * so we just need to flush them out of the system.
1954          */
1955         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1956                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1957                         continue;
1958                 if (*spfn < first_init_pfn)
1959                         *spfn = first_init_pfn;
1960                 *i = j;
1961                 return true;
1962         }
1963
1964         return false;
1965 }
1966
1967 /*
1968  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1969  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1970  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1971  * page in __free_one_page()).
1972  *
1973  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1974  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1975  * any issues with the buddy page computation.
1976  */
1977 static unsigned long __init
1978 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1979                        unsigned long *end_pfn)
1980 {
1981         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1982         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1983         unsigned long nr_pages = 0;
1984         u64 j = *i;
1985
1986         /* First we loop through and initialize the page values */
1987         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1988                 unsigned long t;
1989
1990                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1991                         break;
1992
1993                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1994                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1995
1996                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1997                         *start_pfn = mo_pfn;
1998                         break;
1999                 }
2000         }
2001
2002         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
2003         swap(j, *i);
2004
2005         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
2006                 unsigned long t;
2007
2008                 if (mo_pfn <= spfn)
2009                         break;
2010
2011                 t = min(mo_pfn, epfn);
2012                 deferred_free_pages(spfn, t);
2013
2014                 if (mo_pfn <= epfn)
2015                         break;
2016         }
2017
2018         return nr_pages;
2019 }
2020
2021 static void __init
2022 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2023                            void *arg)
2024 {
2025         unsigned long spfn, epfn;
2026         struct zone *zone = arg;
2027         u64 i;
2028
2029         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
2030
2031         /*
2032          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
2033          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
2034          */
2035         while (spfn < end_pfn) {
2036                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2037                 cond_resched();
2038         }
2039 }
2040
2041 /* An arch may override for more concurrency. */
2042 __weak int __init
2043 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2044 {
2045         return 1;
2046 }
2047
2048 /* Initialise remaining memory on a node */
2049 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2050 {
2051         pg_data_t *pgdat = data;
2052         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2053         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2054         unsigned long first_init_pfn, flags;
2055         unsigned long start = jiffies;
2056         struct zone *zone;
2057         int zid, max_threads;
2058         u64 i;
2059
2060         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2061         if (!cpumask_empty(cpumask))
2062                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2063
2064         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2065         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2066         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2067                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2068                 pgdat_init_report_one_done();
2069                 return 0;
2070         }
2071
2072         /* Sanity check boundaries */
2073         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2074         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2075         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2076
2077         /*
2078          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2079          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2080          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2081          */
2082         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2083
2084         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2085         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2086                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2087                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2088                         break;
2089         }
2090
2091         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2092         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2093                                                  first_init_pfn))
2094                 goto zone_empty;
2095
2096         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2097
2098         while (spfn < epfn) {
2099                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2100                 struct padata_mt_job job = {
2101                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2102                         .fn_arg      = zone,
2103                         .start       = spfn,
2104                         .size        = epfn_align - spfn,
2105                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2106                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2107                         .max_threads = max_threads,
2108                 };
2109
2110                 padata_do_multithreaded(&job);
2111                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2112                                                     epfn_align);
2113         }
2114 zone_empty:
2115         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2116         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2117
2118         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2119                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2120
2121         pgdat_init_report_one_done();
2122         return 0;
2123 }
2124
2125 /*
2126  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2127  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2128  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2129  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2130  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2131  *
2132  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2133  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2134  * enough pages to satisfy the allocation.
2135  *
2136  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2137  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2138  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2139  */
2140 static noinline bool __init
2141 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2142 {
2143         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2144         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2145         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2146         unsigned long spfn, epfn, flags;
2147         unsigned long nr_pages = 0;
2148         u64 i;
2149
2150         /* Only the last zone may have deferred pages */
2151         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2152                 return false;
2153
2154         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2155
2156         /*
2157          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2158          * true, as there might be enough pages already.
2159          */
2160         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2161                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2162                 return true;
2163         }
2164
2165         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2166         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2167                                                  first_deferred_pfn)) {
2168                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2169                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2170                 /* Retry only once. */
2171                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2172         }
2173
2174         /*
2175          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2176          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2177          * allocator.
2178          */
2179         while (spfn < epfn) {
2180                 /* update our first deferred PFN for this section */
2181                 first_deferred_pfn = spfn;
2182
2183                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2184                 touch_nmi_watchdog();
2185
2186                 /* We should only stop along section boundaries */
2187                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2188                         continue;
2189
2190                 /* If our quota has been met we can stop here */
2191                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2192                         break;
2193         }
2194
2195         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2196         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2197
2198         return nr_pages > 0;
2199 }
2200
2201 /*
2202  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2203  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2204  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2205  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2206  */
2207 static bool __ref
2208 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2209 {
2210         return deferred_grow_zone(zone, order);
2211 }
2212
2213 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2214
2215 void __init page_alloc_init_late(void)
2216 {
2217         struct zone *zone;
2218         int nid;
2219
2220 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2221
2222         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2223         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2224         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2225                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2226         }
2227
2228         /* Block until all are initialised */
2229         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2230
2231         /*
2232          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2233          * on-demand struct page initialization.
2234          */
2235         static_branch_disable(&deferred_pages);
2236
2237         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2238         files_maxfiles_init();
2239 #endif
2240
2241         buffer_init();
2242
2243         /* Discard memblock private memory */
2244         memblock_discard();
2245
2246         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2247                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2248
2249         for_each_populated_zone(zone)
2250                 set_zone_contiguous(zone);
2251 }
2252
2253 #ifdef CONFIG_CMA
2254 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2255 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2256 {
2257         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2258         struct page *p = page;
2259
2260         do {
2261                 __ClearPageReserved(p);
2262                 set_page_count(p, 0);
2263         } while (++p, --i);
2264
2265         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2266
2267         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2268                 i = pageblock_nr_pages;
2269                 p = page;
2270                 do {
2271                         set_page_refcounted(p);
2272                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2273                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2274                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2275         } else {
2276                 set_page_refcounted(page);
2277                 __free_pages(page, pageblock_order);
2278         }
2279
2280         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2281         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2282 }
2283 #endif
2284
2285 /*
2286  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2287  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2288  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2289  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2290  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2291  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2292  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2293  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2294  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2295  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2296  *
2297  * -- nyc
2298  */
2299 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2300         int low, int high, int migratetype)
2301 {
2302         unsigned long size = 1 << high;
2303
2304         while (high > low) {
2305                 high--;
2306                 size >>= 1;
2307                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2308
2309                 /*
2310                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2311                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2312                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2313                  * pages will stay not present in virtual address space
2314                  */
2315                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2316                         continue;
2317
2318                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2319                 set_buddy_order(&page[size], high);
2320         }
2321 }
2322
2323 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2324 {
2325         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2326                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2327                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2328                 return;
2329         }
2330
2331         bad_page(page,
2332                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2333 }
2334
2335 /*
2336  * This page is about to be returned from the page allocator
2337  */
2338 static inline int check_new_page(struct page *page)
2339 {
2340         if (likely(page_expected_state(page,
2341                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2342                 return 0;
2343
2344         check_new_page_bad(page);
2345         return 1;
2346 }
2347
2348 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2349 /*
2350  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2351  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2352  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2353  */
2354 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2355 {
2356         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2357                 return check_new_page(page);
2358         else
2359                 return false;
2360 }
2361
2362 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2363 {
2364         return check_new_page(page);
2365 }
2366 #else
2367 /*
2368  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2369  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2370  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2371  */
2372 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2373 {
2374         return check_new_page(page);
2375 }
2376 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2377 {
2378         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2379                 return check_new_page(page);
2380         else
2381                 return false;
2382 }
2383 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2384
2385 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2386 {
2387         int i;
2388         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2389                 struct page *p = page + i;
2390
2391                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2392                         return true;
2393         }
2394
2395         return false;
2396 }
2397
2398 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2399                                 gfp_t gfp_flags)
2400 {
2401         set_page_private(page, 0);
2402         set_page_refcounted(page);
2403
2404         arch_alloc_page(page, order);
2405         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2406
2407         /*
2408          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2409          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2410          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2411          */
2412         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2413
2414         /*
2415          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2416          * kasan_alloc_pages and kernel_init_free_pages must be
2417          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2418          */
2419         if (kasan_has_integrated_init()) {
2420                 kasan_alloc_pages(page, order, gfp_flags);
2421         } else {
2422                 bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags);
2423
2424                 kasan_unpoison_pages(page, order, init);
2425                 if (init)
2426                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order,
2427                                                gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
2428         }
2429
2430         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2431 }
2432
2433 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2434                                                         unsigned int alloc_flags)
2435 {
2436         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2437
2438         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2439                 prep_compound_page(page, order);
2440
2441         /*
2442          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2443          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2444          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2445          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2446          */
2447         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2448                 set_page_pfmemalloc(page);
2449         else
2450                 clear_page_pfmemalloc(page);
2451 }
2452
2453 /*
2454  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2455  * the smallest available page from the freelists
2456  */
2457 static __always_inline
2458 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2459                                                 int migratetype)
2460 {
2461         unsigned int current_order;
2462         struct free_area *area;
2463         struct page *page;
2464
2465         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2466         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2467                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2468                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2469                 if (!page)
2470                         continue;
2471                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2472                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2473                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2474                 return page;
2475         }
2476
2477         return NULL;
2478 }
2479
2480
2481 /*
2482  * This array describes the order lists are fallen back to when
2483  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2484  */
2485 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2486         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2487         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2488         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2489 #ifdef CONFIG_CMA
2490         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2491 #endif
2492 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2493         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2494 #endif
2495 };
2496
2497 #ifdef CONFIG_CMA
2498 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2499                                         unsigned int order)
2500 {
2501         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2502 }
2503 #else
2504 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2505                                         unsigned int order) { return NULL; }
2506 #endif
2507
2508 /*
2509  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2510  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2511  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2512  */
2513 static int move_freepages(struct zone *zone,
2514                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2515                           int migratetype, int *num_movable)
2516 {
2517         struct page *page;
2518         unsigned long pfn;
2519         unsigned int order;
2520         int pages_moved = 0;
2521
2522         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2523                 if (!pfn_valid_within(pfn)) {
2524                         pfn++;
2525                         continue;
2526                 }
2527
2528                 page = pfn_to_page(pfn);
2529                 if (!PageBuddy(page)) {
2530                         /*
2531                          * We assume that pages that could be isolated for
2532                          * migration are movable. But we don't actually try
2533                          * isolating, as that would be expensive.
2534                          */
2535                         if (num_movable &&
2536                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2537                                 (*num_movable)++;
2538                         pfn++;
2539                         continue;
2540                 }
2541
2542                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2543                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2544                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2545
2546                 order = buddy_order(page);
2547                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2548                 pfn += 1 << order;
2549                 pages_moved += 1 << order;
2550         }
2551
2552         return pages_moved;
2553 }
2554
2555 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2556                                 int migratetype, int *num_movable)
2557 {
2558         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2559
2560         if (num_movable)
2561                 *num_movable = 0;
2562
2563         pfn = page_to_pfn(page);
2564         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2565         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2566
2567         /* Do not cross zone boundaries */
2568         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2569                 start_pfn = pfn;
2570         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2571                 return 0;
2572
2573         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2574                                                                 num_movable);
2575 }
2576
2577 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2578                                         int start_order, int migratetype)
2579 {
2580         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2581
2582         while (nr_pageblocks--) {
2583                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2584                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2585         }
2586 }
2587
2588 /*
2589  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2590  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2591  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2592  *
2593  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2594  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2595  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2596  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2597  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2598  * pageblocks.
2599  */
2600 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2601 {
2602         /*
2603          * Leaving this order check is intended, although there is
2604          * relaxed order check in next check. The reason is that
2605          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2606          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2607          * so could be changed anytime.
2608          */
2609         if (order >= pageblock_order)
2610                 return true;
2611
2612         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2613                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2614                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2615                 page_group_by_mobility_disabled)
2616                 return true;
2617
2618         return false;
2619 }
2620
2621 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2622 {
2623         unsigned long max_boost;
2624
2625         if (!watermark_boost_factor)
2626                 return false;
2627         /*
2628          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2629          * On small machines, including kdump capture kernels running
2630          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2631          * memory situation immediately.
2632          */
2633         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2634                 return false;
2635
2636         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2637                         watermark_boost_factor, 10000);
2638
2639         /*
2640          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2641          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2642          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2643          * allocations that early means that reclaim is not going
2644          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2645          * boosted watermark resulting in a hang.
2646          */
2647         if (!max_boost)
2648                 return false;
2649
2650         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2651
2652         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2653                 max_boost);
2654
2655         return true;
2656 }
2657
2658 /*
2659  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2660  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2661  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2662  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2663  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2664  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2665  */
2666 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2667                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2668 {
2669         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2670         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2671         int old_block_type;
2672
2673         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2674
2675         /*
2676          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2677          * highatomic accounting.
2678          */
2679         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2680                 goto single_page;
2681
2682         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2683         if (current_order >= pageblock_order) {
2684                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2685                 goto single_page;
2686         }
2687
2688         /*
2689          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2690          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2691          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2692          */
2693         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2694                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2695
2696         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2697         if (!whole_block)
2698                 goto single_page;
2699
2700         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2701                                                 &movable_pages);
2702         /*
2703          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2704          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2705          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2706          */
2707         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2708                 alike_pages = movable_pages;
2709         } else {
2710                 /*
2711                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2712                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2713                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2714                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2715                  * exact migratetype of non-movable pages.
2716                  */
2717                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2718                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2719                                                 - (free_pages + movable_pages);
2720                 else
2721                         alike_pages = 0;
2722         }
2723
2724         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2725         if (!free_pages)
2726                 goto single_page;
2727
2728         /*
2729          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2730          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2731          */
2732         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2733                         page_group_by_mobility_disabled)
2734                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2735
2736         return;
2737
2738 single_page:
2739         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2740 }
2741
2742 /*
2743  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2744  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2745  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2746  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2747  */
2748 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2749                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2750 {
2751         int i;
2752         int fallback_mt;
2753
2754         if (area->nr_free == 0)
2755                 return -1;
2756
2757         *can_steal = false;
2758         for (i = 0;; i++) {
2759                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2760                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2761                         break;
2762
2763                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2764                         continue;
2765
2766                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2767                         *can_steal = true;
2768
2769                 if (!only_stealable)
2770                         return fallback_mt;
2771
2772                 if (*can_steal)
2773                         return fallback_mt;
2774         }
2775
2776         return -1;
2777 }
2778
2779 /*
2780  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2781  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2782  */
2783 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2784                                 unsigned int alloc_order)
2785 {
2786         int mt;
2787         unsigned long max_managed, flags;
2788
2789         /*
2790          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2791          * Check is race-prone but harmless.
2792          */
2793         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2794         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2795                 return;
2796
2797         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2798
2799         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2800         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2801                 goto out_unlock;
2802
2803         /* Yoink! */
2804         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2805         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2806             && !is_migrate_cma(mt)) {
2807                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2808                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2809                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2810         }
2811
2812 out_unlock:
2813         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2814 }
2815
2816 /*
2817  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2818  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2819  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2820  * to recover from than an OOM.
2821  *
2822  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2823  * pageblock is exhausted.
2824  */
2825 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2826                                                 bool force)
2827 {
2828         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2829         unsigned long flags;
2830         struct zoneref *z;
2831         struct zone *zone;
2832         struct page *page;
2833         int order;
2834         bool ret;
2835
2836         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2837                                                                 ac->nodemask) {
2838                 /*
2839                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2840                  * is really high.
2841                  */
2842                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2843                                         pageblock_nr_pages)
2844                         continue;
2845
2846                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2847                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2848                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2849
2850                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2851                         if (!page)
2852                                 continue;
2853
2854                         /*
2855                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2856                          * we can counter several free pages in a pageblock
2857                          * in this loop although we changed the pageblock type
2858                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2859                          * adjust the count once.
2860                          */
2861                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2862                                 /*
2863                                  * It should never happen but changes to
2864                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2865                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2866                                  * while unreserving so be safe and watch for
2867                                  * underflows.
2868                                  */
2869                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2870                                                 pageblock_nr_pages,
2871                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2872                         }
2873
2874                         /*
2875                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2876                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2877                          * is doing the work and needs the pages. More
2878                          * importantly, if the block was always converted to
2879                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2880                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2881                          * may increase.
2882                          */
2883                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2884                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2885                                                                         NULL);
2886                         if (ret) {
2887                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2888                                 return ret;
2889                         }
2890                 }
2891                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2892         }
2893
2894         return false;
2895 }
2896
2897 /*
2898  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2899  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2900  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2901  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2902  *
2903  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2904  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2905  * condition simpler.
2906  */
2907 static __always_inline bool
2908 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2909                                                 unsigned int alloc_flags)
2910 {
2911         struct free_area *area;
2912         int current_order;
2913         int min_order = order;
2914         struct page *page;
2915         int fallback_mt;
2916         bool can_steal;
2917
2918         /*
2919          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2920          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2921          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2922          */
2923         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2924                 min_order = pageblock_order;
2925
2926         /*
2927          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2928          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2929          * would be too costly to do exactly.
2930          */
2931         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2932                                 --current_order) {
2933                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2934                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2935                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2936                 if (fallback_mt == -1)
2937                         continue;
2938
2939                 /*
2940                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2941                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2942                  * steal and split the smallest available page instead of the
2943                  * largest available page, because even if the next movable
2944                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2945                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2946                  */
2947                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2948                                         && current_order > order)
2949                         goto find_smallest;
2950
2951                 goto do_steal;
2952         }
2953
2954         return false;
2955
2956 find_smallest:
2957         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2958                                                         current_order++) {
2959                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2960                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2961                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2962                 if (fallback_mt != -1)
2963                         break;
2964         }
2965
2966         /*
2967          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2968          * when looking for the largest page.
2969          */
2970         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2971
2972 do_steal:
2973         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2974
2975         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2976                                                                 can_steal);
2977
2978         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2979                 start_migratetype, fallback_mt);
2980
2981         return true;
2982
2983 }
2984
2985 /*
2986  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2987  * Call me with the zone->lock already held.
2988  */
2989 static __always_inline struct page *
2990 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2991                                                 unsigned int alloc_flags)
2992 {
2993         struct page *page;
2994
2995         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2996                 /*
2997                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2998                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2999                  * is in the CMA area.
3000                  */
3001                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
3002                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
3003                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
3004                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3005                         if (page)
3006                                 goto out;
3007                 }
3008         }
3009 retry:
3010         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
3011         if (unlikely(!page)) {
3012                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
3013                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3014
3015                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
3016                                                                 alloc_flags))
3017                         goto retry;
3018         }
3019 out:
3020         if (page)
3021                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3022         return page;
3023 }
3024
3025 /*
3026  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
3027  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
3028  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
3029  */
3030 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
3031                         unsigned long count, struct list_head *list,
3032                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3033 {
3034         int i, allocated = 0;
3035
3036         /*
3037          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
3038          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
3039          */
3040         spin_lock(&zone->lock);
3041         for (i = 0; i < count; ++i) {
3042                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
3043                                                                 alloc_flags);
3044                 if (unlikely(page == NULL))
3045                         break;
3046
3047                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
3048                         continue;
3049
3050                 /*
3051                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
3052                  * physical page order. The page is added to the tail of
3053                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
3054                  * is ordered by page number under some conditions. This is
3055                  * useful for IO devices that can forward direction from the
3056                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
3057                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
3058                  * pages are ordered properly.
3059                  */
3060                 list_add_tail(&page->lru, list);
3061                 allocated++;
3062                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3063                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3064                                               -(1 << order));
3065         }
3066
3067         /*
3068          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3069          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3070          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3071          * pages added to the pcp list.
3072          */
3073         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3074         spin_unlock(&zone->lock);
3075         return allocated;
3076 }
3077
3078 #ifdef CONFIG_NUMA
3079 /*
3080  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3081  * currently executing processor on remote nodes after they have
3082  * expired.
3083  *
3084  * Note that this function must be called with the thread pinned to
3085  * a single processor.
3086  */
3087 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3088 {
3089         unsigned long flags;
3090         int to_drain, batch;
3091
3092         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3093         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3094         to_drain = min(pcp->count, batch);
3095         if (to_drain > 0)
3096                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
3097         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3098 }
3099 #endif
3100
3101 /*
3102  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3103  *
3104  * The processor must either be the current processor and the
3105  * thread pinned to the current processor or a processor that
3106  * is not online.
3107  */
3108 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3109 {
3110         unsigned long flags;
3111         struct per_cpu_pages *pcp;
3112
3113         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3114
3115         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3116         if (pcp->count)
3117                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
3118
3119         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3120 }
3121
3122 /*
3123  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3124  *
3125  * The processor must either be the current processor and the
3126  * thread pinned to the current processor or a processor that
3127  * is not online.
3128  */
3129 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3130 {
3131         struct zone *zone;
3132
3133         for_each_populated_zone(zone) {
3134                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3135         }
3136 }
3137
3138 /*
3139  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3140  *
3141  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3142  * the single zone's pages.
3143  */
3144 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3145 {
3146         int cpu = smp_processor_id();
3147
3148         if (zone)
3149                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3150         else
3151                 drain_pages(cpu);
3152 }
3153
3154 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3155 {
3156         struct pcpu_drain *drain;
3157
3158         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3159
3160         /*
3161          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3162          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3163          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3164          * cpu which is alright but we also have to make sure to not move to
3165          * a different one.
3166          */
3167         preempt_disable();
3168         drain_local_pages(drain->zone);
3169         preempt_enable();
3170 }
3171
3172 /*
3173  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3174  * drain on all cpus.
3175  *
3176  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3177  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3178  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3179  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3180  * optimizing racy check.
3181  */
3182 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3183 {
3184         int cpu;
3185
3186         /*
3187          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
3188          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3189          */
3190         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3191
3192         /*
3193          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3194          * initialized.
3195          */
3196         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3197                 return;
3198
3199         /*
3200          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3201          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3202          * the drain to be complete when the call returns.
3203          */
3204         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3205                 if (!zone)
3206                         return;
3207                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3208         }
3209
3210         /*
3211          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3212          * as offline notification will cause the notified
3213          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3214          * disables preemption as part of its processing
3215          */
3216         for_each_online_cpu(cpu) {
3217                 struct per_cpu_pages *pcp;
3218                 struct zone *z;
3219                 bool has_pcps = false;
3220
3221                 if (force_all_cpus) {
3222                         /*
3223                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3224                          * guarantee that no cpu is missed.
3225                          */
3226                         has_pcps = true;
3227                 } else if (zone) {
3228                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3229                         if (pcp->count)
3230                                 has_pcps = true;
3231                 } else {
3232                         for_each_populated_zone(z) {
3233                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3234                                 if (pcp->count) {
3235                                         has_pcps = true;
3236                                         break;
3237                                 }
3238                         }
3239                 }
3240
3241                 if (has_pcps)
3242                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3243                 else
3244                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3245         }
3246
3247         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3248                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3249
3250                 drain->zone = zone;
3251                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3252                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3253         }
3254         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3255                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3256
3257         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3258 }
3259
3260 /*
3261  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3262  *
3263  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3264  *
3265  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3266  */
3267 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3268 {
3269         __drain_all_pages(zone, false);
3270 }
3271
3272 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3273
3274 /*
3275  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3276  */
3277 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3278
3279 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3280 {
3281         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3282         unsigned long flags;
3283         unsigned int order, t;
3284         struct page *page;
3285
3286         if (zone_is_empty(zone))
3287                 return;
3288
3289         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3290
3291         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3292         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3293                 if (pfn_valid(pfn)) {
3294                         page = pfn_to_page(pfn);
3295
3296                         if (!--page_count) {
3297                                 touch_nmi_watchdog();
3298                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3299                         }
3300
3301                         if (page_zone(page) != zone)
3302                                 continue;
3303
3304                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3305                                 swsusp_unset_page_free(page);
3306                 }
3307
3308         for_each_migratetype_order(order, t) {
3309                 list_for_each_entry(page,
3310                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3311                         unsigned long i;
3312
3313                         pfn = page_to_pfn(page);
3314                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3315                                 if (!--page_count) {
3316                                         touch_nmi_watchdog();
3317                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3318                                 }
3319                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3320                         }
3321                 }
3322         }
3323         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3324 }
3325 #endif /* CONFIG_PM */
3326
3327 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3328                                                         unsigned int order)
3329 {
3330         int migratetype;
3331
3332         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3333                 return false;
3334
3335         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3336         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3337         return true;
3338 }
3339
3340 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch)
3341 {
3342         int min_nr_free, max_nr_free;
3343
3344         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3345         if (unlikely(high < batch))
3346                 return 1;
3347
3348         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3349         min_nr_free = batch;
3350         max_nr_free = high - batch;
3351
3352         /*
3353          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3354          * freeing of pages without any allocation.
3355          */
3356         batch <<= pcp->free_factor;
3357         if (batch < max_nr_free)
3358                 pcp->free_factor++;
3359         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3360
3361         return batch;
3362 }
3363
3364 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone)
3365 {
3366         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3367
3368         if (unlikely(!high))
3369                 return 0;
3370
3371         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3372                 return high;
3373
3374         /*
3375          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3376          * stored on pcp lists
3377          */
3378         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3379 }
3380
3381 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn,
3382                                    int migratetype, unsigned int order)
3383 {
3384         struct zone *zone = page_zone(page);
3385         struct per_cpu_pages *pcp;
3386         int high;
3387         int pindex;
3388
3389         __count_vm_event(PGFREE);
3390         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3391         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3392         list_add(&page->lru, &pcp->lists[pindex]);
3393         pcp->count += 1 << order;
3394         high = nr_pcp_high(pcp, zone);
3395         if (pcp->count >= high) {
3396                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3397
3398                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch), pcp);
3399         }
3400 }
3401
3402 /*
3403  * Free a pcp page
3404  */
3405 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3406 {
3407         unsigned long flags;
3408         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3409         int migratetype;
3410
3411         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3412                 return;
3413
3414         /*
3415          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3416          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3417          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3418          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3419          * excessively into the page allocator
3420          */
3421         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3422         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3423                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3424                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3425                         return;
3426                 }
3427                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3428         }
3429
3430         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3431         free_unref_page_commit(page, pfn, migratetype, order);
3432         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3433 }
3434
3435 /*
3436  * Free a list of 0-order pages
3437  */
3438 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3439 {
3440         struct page *page, *next;
3441         unsigned long flags, pfn;
3442         int batch_count = 0;
3443         int migratetype;
3444
3445         /* Prepare pages for freeing */
3446         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3447                 pfn = page_to_pfn(page);
3448                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0))
3449                         list_del(&page->lru);
3450
3451                 /*
3452                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3453                  * comment in free_unref_page.
3454                  */
3455                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3456                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3457                         list_del(&page->lru);
3458                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
3459                         continue;
3460                 }
3461
3462                 set_page_private(page, pfn);
3463         }
3464
3465         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3466         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3467                 pfn = page_private(page);
3468                 set_page_private(page, 0);
3469
3470                 /*
3471                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3472                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3473                  */
3474                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3475                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
3476                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3477
3478                 trace_mm_page_free_batched(page);
3479                 free_unref_page_commit(page, pfn, migratetype, 0);
3480
3481                 /*
3482                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3483                  * a large list of pages to free.
3484                  */
3485                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3486                         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3487                         batch_count = 0;
3488                         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3489                 }
3490         }
3491         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3492 }
3493
3494 /*
3495  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3496  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3497  * Each sub-page must be freed individually.
3498  *
3499  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3500  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3501  */
3502 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3503 {
3504         int i;
3505
3506         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3507         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3508
3509         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3510                 set_page_refcounted(page + i);
3511         split_page_owner(page, 1 << order);
3512         split_page_memcg(page, 1 << order);
3513 }
3514 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3515
3516 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3517 {
3518         unsigned long watermark;
3519         struct zone *zone;
3520         int mt;
3521
3522         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3523
3524         zone = page_zone(page);
3525         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3526
3527         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3528                 /*
3529                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3530                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3531                  * watermark, because we already know our high-order page
3532                  * exists.
3533                  */
3534                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3535                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3536                         return 0;
3537
3538                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3539         }
3540
3541         /* Remove page from free list */
3542
3543         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3544
3545         /*
3546          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3547          * pageblock
3548          */
3549         if (order >= pageblock_order - 1) {
3550                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3551                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3552                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3553                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3554                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3555                                 set_pageblock_migratetype(page,
3556                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3557                 }
3558         }
3559
3560
3561         return 1UL << order;
3562 }
3563
3564 /**
3565  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3566  * @page: Page that was isolated
3567  * @order: Order of the isolated page
3568  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3569  *
3570  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3571  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3572  */
3573 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3574 {
3575         struct zone *zone = page_zone(page);
3576
3577         /* zone lock should be held when this function is called */
3578         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3579
3580         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3581         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3582                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3583 }
3584
3585 /*
3586  * Update NUMA hit/miss statistics
3587  *
3588  * Must be called with interrupts disabled.
3589  */
3590 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3591                                    long nr_account)
3592 {
3593 #ifdef CONFIG_NUMA
3594         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3595
3596         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3597         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3598                 return;
3599
3600         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3601                 local_stat = NUMA_OTHER;
3602
3603         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3604                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3605         else {
3606                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3607                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3608         }
3609         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3610 #endif
3611 }
3612
3613 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3614 static inline
3615 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3616                         int migratetype,
3617                         unsigned int alloc_flags,
3618                         struct per_cpu_pages *pcp,
3619                         struct list_head *list)
3620 {
3621         struct page *page;
3622
3623         do {
3624                 if (list_empty(list)) {
3625                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3626                         int alloced;
3627
3628                         /*
3629                          * Scale batch relative to order if batch implies
3630                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3631                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3632                          * should never store free pages as the pages may
3633                          * belong to arbitrary zones.
3634                          */
3635                         if (batch > 1)
3636                                 batch = max(batch >> order, 2);
3637                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3638                                         batch, list,
3639                                         migratetype, alloc_flags);
3640
3641                         pcp->count += alloced << order;
3642                         if (unlikely(list_empty(list)))
3643                                 return NULL;
3644                 }
3645
3646                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3647                 list_del(&page->lru);
3648                 pcp->count -= 1 << order;
3649         } while (check_new_pcp(page));
3650
3651         return page;
3652 }
3653
3654 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3655 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3656                         struct zone *zone, unsigned int order,
3657                         gfp_t gfp_flags, int migratetype,
3658                         unsigned int alloc_flags)
3659 {
3660         struct per_cpu_pages *pcp;
3661         struct list_head *list;
3662         struct page *page;
3663         unsigned long flags;
3664
3665         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3666
3667         /*
3668          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3669          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3670          * frees.
3671          */
3672         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3673         pcp->free_factor >>= 1;
3674         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3675         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3676         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3677         if (page) {
3678                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3679                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3680         }
3681         return page;
3682 }
3683
3684 /*
3685  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3686  */
3687 static inline
3688 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3689                         struct zone *zone, unsigned int order,
3690                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3691                         int migratetype)
3692 {
3693         unsigned long flags;
3694         struct page *page;
3695
3696         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3697                 /*
3698                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3699                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3700                  */
3701                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3702                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3703                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3704                                         gfp_flags, migratetype, alloc_flags);
3705                         goto out;
3706                 }
3707         }
3708
3709         /*
3710          * We most definitely don't want callers attempting to
3711          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3712          */
3713         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3714         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3715
3716         do {
3717                 page = NULL;
3718                 /*
3719                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3720                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3721                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3722                  * request should skip it.
3723                  */
3724                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3725                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3726                         if (page)
3727                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3728                 }
3729                 if (!page)
3730                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3731         } while (page && check_new_pages(page, order));
3732         if (!page)
3733                 goto failed;
3734
3735         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3736                                   get_pcppage_migratetype(page));
3737         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3738
3739         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3740         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3741
3742 out:
3743         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3744         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3745                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3746                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3747         }
3748
3749         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3750         return page;
3751
3752 failed:
3753         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3754         return NULL;
3755 }
3756
3757 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3758
3759 static struct {
3760         struct fault_attr attr;
3761
3762         bool ignore_gfp_highmem;
3763         bool ignore_gfp_reclaim;
3764         u32 min_order;
3765 } fail_page_alloc = {
3766         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3767         .ignore_gfp_reclaim = true,
3768         .ignore_gfp_highmem = true,
3769         .min_order = 1,
3770 };
3771
3772 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3773 {
3774         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3775 }
3776 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3777
3778 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3779 {
3780         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3781                 return false;
3782         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3783                 return false;
3784         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3785                 return false;
3786         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3787                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3788                 return false;
3789
3790         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3791 }
3792
3793 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3794
3795 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3796 {
3797         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3798         struct dentry *dir;
3799
3800         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3801                                         &fail_page_alloc.attr);
3802
3803         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3804                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3805         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3806                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3807         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3808
3809         return 0;
3810 }
3811
3812 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3813
3814 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3815
3816 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3817
3818 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3819 {
3820         return false;
3821 }
3822
3823 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3824
3825 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3826 {
3827         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3828 }
3829 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3830
3831 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3832                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3833 {
3834         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3835         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3836
3837         /*
3838          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3839          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3840          * atomic reserve but it avoids a search.
3841          */
3842         if (likely(!alloc_harder))
3843                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3844
3845 #ifdef CONFIG_CMA
3846         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3847         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3848                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3849 #endif
3850
3851         return unusable_free;
3852 }
3853
3854 /*
3855  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3856  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3857  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3858  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3859  */
3860 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3861                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3862                          long free_pages)
3863 {
3864         long min = mark;
3865         int o;
3866         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3867
3868         /* free_pages may go negative - that's OK */
3869         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3870
3871         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3872                 min -= min / 2;
3873
3874         if (unlikely(alloc_harder)) {
3875                 /*
3876                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3877                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3878                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3879                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3880                  */
3881                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3882                         min -= min / 2;
3883                 else
3884                         min -= min / 4;
3885         }
3886
3887         /*
3888          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3889          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3890          * even if a suitable page happened to be free.
3891          */
3892         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3893                 return false;
3894
3895         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3896         if (!order)
3897                 return true;
3898
3899         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3900         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3901                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3902                 int mt;
3903
3904                 if (!area->nr_free)
3905                         continue;
3906
3907                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3908                         if (!free_area_empty(area, mt))
3909                                 return true;
3910                 }
3911
3912 #ifdef CONFIG_CMA
3913                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3914                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3915                         return true;
3916                 }
3917 #endif
3918                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3919                         return true;
3920         }
3921         return false;
3922 }
3923
3924 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3925                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3926 {
3927         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3928                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3929 }
3930
3931 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3932                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3933                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3934 {
3935         long free_pages;
3936
3937         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3938
3939         /*
3940          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3941          * need to be calculated.
3942          */
3943         if (!order) {
3944                 long fast_free;
3945
3946                 fast_free = free_pages;
3947                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3948                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3949                         return true;
3950         }
3951
3952         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3953                                         free_pages))
3954                 return true;
3955         /*
3956          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3957          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3958          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3959          * when below the low watermark.
3960          */
3961         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3962                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3963                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3964                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3965                                         alloc_flags, free_pages);
3966         }
3967
3968         return false;
3969 }
3970
3971 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3972                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3973 {
3974         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3975
3976         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3977                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3978
3979         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3980                                                                 free_pages);
3981 }
3982
3983 #ifdef CONFIG_NUMA
3984 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3985 {
3986         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3987                                 node_reclaim_distance;
3988 }
3989 #else   /* CONFIG_NUMA */
3990 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3991 {
3992         return true;
3993 }
3994 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3995
3996 /*
3997  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3998  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3999  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
4000  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
4001  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
4002  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
4003  */
4004 static inline unsigned int
4005 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
4006 {
4007         unsigned int alloc_flags;
4008
4009         /*
4010          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4011          * to save a branch.
4012          */
4013         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
4014
4015 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
4016         if (!zone)
4017                 return alloc_flags;
4018
4019         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
4020                 return alloc_flags;
4021
4022         /*
4023          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
4024          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
4025          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
4026          */
4027         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
4028         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
4029                 return alloc_flags;
4030
4031         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
4032 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
4033         return alloc_flags;
4034 }
4035
4036 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
4037 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
4038                                                   unsigned int alloc_flags)
4039 {
4040 #ifdef CONFIG_CMA
4041         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4042                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4043 #endif
4044         return alloc_flags;
4045 }
4046
4047 /*
4048  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4049  * a page.
4050  */
4051 static struct page *
4052 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4053                                                 const struct alloc_context *ac)
4054 {
4055         struct zoneref *z;
4056         struct zone *zone;
4057         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
4058         bool no_fallback;
4059
4060 retry:
4061         /*
4062          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4063          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
4064          */
4065         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4066         z = ac->preferred_zoneref;
4067         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4068                                         ac->nodemask) {
4069                 struct page *page;
4070                 unsigned long mark;
4071
4072                 if (cpusets_enabled() &&
4073                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4074                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4075                                 continue;
4076                 /*
4077                  * When allocating a page cache page for writing, we
4078                  * want to get it from a node that is within its dirty
4079                  * limit, such that no single node holds more than its
4080                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4081                  * The dirty limits take into account the node's
4082                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4083                  * should be able to balance it without having to
4084                  * write pages from its LRU list.
4085                  *
4086                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4087                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4088                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4089                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4090                  * nodes are together not big enough to reach the
4091                  * global limit.  The proper fix for these situations
4092                  * will require awareness of nodes in the
4093                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4094                  */
4095                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4096                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
4097                                 continue;
4098
4099                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
4100                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
4101                                 continue;
4102                         }
4103                 }
4104
4105                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4106                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4107                         int local_nid;
4108
4109                         /*
4110                          * If moving to a remote node, retry but allow
4111                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4112                          * than fragmentation avoidance.
4113                          */
4114                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4115                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4116                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4117                                 goto retry;
4118                         }
4119                 }
4120
4121                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4122                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4123                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4124                                        gfp_mask)) {
4125                         int ret;
4126
4127 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4128                         /*
4129                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4130                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4131                          */
4132                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4133                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4134                                         goto try_this_zone;
4135                         }
4136 #endif
4137                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4138                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4139                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4140                                 goto try_this_zone;
4141
4142                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4143                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4144                                 continue;
4145
4146                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4147                         switch (ret) {
4148                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4149                                 /* did not scan */
4150                                 continue;
4151                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4152                                 /* scanned but unreclaimable */
4153                                 continue;
4154                         default:
4155                                 /* did we reclaim enough */
4156                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4157                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4158                                         goto try_this_zone;
4159
4160                                 continue;
4161                         }
4162                 }
4163
4164 try_this_zone:
4165                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4166                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4167                 if (page) {
4168                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4169
4170                         /*
4171                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4172                          * if the pageblock should be reserved for the future
4173                          */
4174                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4175                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4176
4177                         return page;
4178                 } else {
4179 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4180                         /* Try again if zone has deferred pages */
4181                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4182                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4183                                         goto try_this_zone;
4184                         }
4185 #endif
4186                 }
4187         }
4188
4189         /*
4190          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4191          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4192          */
4193         if (no_fallback) {
4194                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4195                 goto retry;
4196         }
4197
4198         return NULL;
4199 }
4200
4201 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4202 {
4203         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4204
4205         /*
4206          * This documents exceptions given to allocations in certain
4207          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4208          * of allowed nodes.
4209          */
4210         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4211                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4212                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4213                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4214         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4215                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4216
4217         show_mem(filter, nodemask);
4218 }
4219
4220 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4221 {
4222         struct va_format vaf;
4223         va_list args;
4224         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4225
4226         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
4227                 return;
4228
4229         va_start(args, fmt);
4230         vaf.fmt = fmt;
4231         vaf.va = &args;
4232         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4233                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4234                         nodemask_pr_args(nodemask));
4235         va_end(args);
4236
4237         cpuset_print_current_mems_allowed();
4238         pr_cont("\n");
4239         dump_stack();
4240         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4241 }
4242
4243 static inline struct page *
4244 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4245                               unsigned int alloc_flags,
4246                               const struct alloc_context *ac)
4247 {
4248         struct page *page;
4249
4250         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4251                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4252         /*
4253          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4254          * are depleted
4255          */
4256         if (!page)
4257                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4258                                 alloc_flags, ac);
4259
4260         return page;
4261 }
4262
4263 static inline struct page *
4264 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4265         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4266 {
4267         struct oom_control oc = {
4268                 .zonelist = ac->zonelist,
4269                 .nodemask = ac->nodemask,
4270                 .memcg = NULL,
4271                 .gfp_mask = gfp_mask,
4272                 .order = order,
4273         };
4274         struct page *page;
4275
4276         *did_some_progress = 0;
4277
4278         /*
4279          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4280          * making progress for us.
4281          */
4282         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4283                 *did_some_progress = 1;
4284                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4285                 return NULL;
4286         }
4287
4288         /*
4289          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4290          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4291          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4292          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4293          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4294          */
4295         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4296                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4297                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4298         if (page)
4299                 goto out;
4300
4301         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4302         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4303                 goto out;
4304         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4305         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4306                 goto out;
4307         /*
4308          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4309          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4310          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4311          * fallback than shooting a random task.
4312          *
4313          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4314          */
4315         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4316                 goto out;
4317         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4318         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4319                 goto out;
4320         if (pm_suspended_storage())
4321                 goto out;
4322         /*
4323          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4324          * other request to make a forward progress.
4325          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4326          * do much for this context but let's try it to at least get
4327          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4328          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4329          * failures more gracefully we should just bail out here.
4330          */
4331
4332         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4333         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4334                 *did_some_progress = 1;
4335
4336                 /*
4337                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4338                  * reserves
4339                  */
4340                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4341                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4342                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4343         }
4344 out:
4345         mutex_unlock(&oom_lock);
4346         return page;
4347 }
4348
4349 /*
4350  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4351  * killer is consider as the only way to move forward.
4352  */
4353 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4354
4355 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4356 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4357 static struct page *
4358 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4359                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4360                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4361 {
4362         struct page *page = NULL;
4363         unsigned long pflags;
4364         unsigned int noreclaim_flag;
4365
4366         if (!order)
4367                 return NULL;
4368
4369         psi_memstall_enter(&pflags);
4370         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4371
4372         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4373                                                                 prio, &page);
4374
4375         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4376         psi_memstall_leave(&pflags);
4377
4378         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4379                 return NULL;
4380         /*
4381          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4382          * count a compaction stall
4383          */
4384         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4385
4386         /* Prep a captured page if available */
4387         if (page)
4388                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4389
4390         /* Try get a page from the freelist if available */
4391         if (!page)
4392                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4393
4394         if (page) {
4395                 struct zone *zone = page_zone(page);
4396
4397                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4398                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4399                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4400                 return page;
4401         }
4402
4403         /*
4404          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4405          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4406          */
4407         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4408
4409         cond_resched();
4410
4411         return NULL;
4412 }
4413
4414 static inline bool
4415 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4416                      enum compact_result compact_result,
4417                      enum compact_priority *compact_priority,
4418                      int *compaction_retries)
4419 {
4420         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4421         int min_priority;
4422         bool ret = false;
4423         int retries = *compaction_retries;
4424         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4425
4426         if (!order)
4427                 return false;
4428
4429         if (fatal_signal_pending(current))
4430                 return false;
4431
4432         if (compaction_made_progress(compact_result))
4433                 (*compaction_retries)++;
4434
4435         /*
4436          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4437          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4438          * failure could be caused by insufficient priority
4439          */
4440         if (compaction_failed(compact_result))
4441                 goto check_priority;
4442
4443         /*
4444          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4445          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4446          */
4447         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4448                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4449                 goto out;
4450         }
4451
4452         /*
4453          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4454          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4455          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4456          * we don't just keep bailing out endlessly.
4457          */
4458         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4459                 goto check_priority;
4460         }
4461
4462         /*
4463          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4464          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4465          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4466          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4467          * would need much more detailed feedback from compaction to
4468          * make a better decision.
4469          */
4470         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4471                 max_retries /= 4;
4472         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4473                 ret = true;
4474                 goto out;
4475         }
4476
4477         /*
4478          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4479          * all retries or failed at the lower priorities.
4480          */
4481 check_priority:
4482         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4483                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4484
4485         if (*compact_priority > min_priority) {
4486                 (*compact_priority)--;
4487                 *compaction_retries = 0;
4488                 ret = true;
4489         }
4490 out:
4491         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4492         return ret;
4493 }
4494 #else
4495 static inline struct page *
4496 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4497                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4498                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4499 {
4500         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4501         return NULL;
4502 }
4503
4504 static inline bool
4505 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4506                      enum compact_result compact_result,
4507                      enum compact_priority *compact_priority,
4508                      int *compaction_retries)
4509 {
4510         struct zone *zone;
4511         struct zoneref *z;
4512
4513         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4514                 return false;
4515
4516         /*
4517          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4518          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4519          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4520          * watermarks are OK.
4521          */
4522         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4523                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4524                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4525                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4526                         return true;
4527         }
4528         return false;
4529 }
4530 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4531
4532 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4533 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4534         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4535
4536 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4537 {
4538         /* no reclaim without waiting on it */
4539         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4540                 return false;
4541
4542         /* this guy won't enter reclaim */
4543         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4544                 return false;
4545
4546         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4547                 return false;
4548
4549         return true;
4550 }
4551
4552 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
4553 {
4554         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
4555 }
4556
4557 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
4558 {
4559         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
4560 }
4561
4562 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4563 {
4564         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4565
4566         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4567                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4568                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
4569
4570 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4571                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4572                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4573 #endif
4574
4575         }
4576 }
4577 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4578
4579 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4580 {
4581         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4582
4583         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4584                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4585                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
4586         }
4587 }
4588 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4589 #endif
4590
4591 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4592 static unsigned long
4593 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4594                                         const struct alloc_context *ac)
4595 {
4596         unsigned int noreclaim_flag;
4597         unsigned long pflags, progress;
4598
4599         cond_resched();
4600
4601         /* We now go into synchronous reclaim */
4602         cpuset_memory_pressure_bump();
4603         psi_memstall_enter(&pflags);
4604         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4605         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4606
4607         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4608                                                                 ac->nodemask);
4609
4610         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4611         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4612         psi_memstall_leave(&pflags);
4613
4614         cond_resched();
4615
4616         return progress;
4617 }
4618
4619 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4620 static inline struct page *
4621 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4622                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4623                 unsigned long *did_some_progress)
4624 {
4625         struct page *page = NULL;
4626         bool drained = false;
4627
4628         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4629         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4630                 return NULL;
4631
4632 retry:
4633         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4634
4635         /*
4636          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4637          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4638          * Shrink them and try again
4639          */
4640         if (!page && !drained) {
4641                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4642                 drain_all_pages(NULL);
4643                 drained = true;
4644                 goto retry;
4645         }
4646
4647         return page;
4648 }
4649
4650 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4651                              const struct alloc_context *ac)
4652 {
4653         struct zoneref *z;
4654         struct zone *zone;
4655         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4656         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4657
4658         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4659                                         ac->nodemask) {
4660                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4661                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4662                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4663         }
4664 }
4665
4666 static inline unsigned int
4667 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4668 {
4669         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4670
4671         /*
4672          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4673          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4674          * to save two branches.
4675          */
4676         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4677         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4678
4679         /*
4680          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4681          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4682          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4683          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4684          */
4685         alloc_flags |= (__force int)
4686                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4687
4688         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4689                 /*
4690                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4691                  * if it can't schedule.
4692                  */
4693                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4694                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4695                 /*
4696                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4697                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4698                  */
4699                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4700         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
4701                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4702
4703         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4704
4705         return alloc_flags;
4706 }
4707
4708 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4709 {
4710         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4711                 return false;
4712
4713         /*
4714          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4715          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4716          */
4717         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4718                 return false;
4719
4720         return true;
4721 }
4722
4723 /*
4724  * Distinguish requests which really need access to full memory
4725  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4726  */
4727 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4728 {
4729         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4730                 return 0;
4731         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4732                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4733         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4734                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4735         if (!in_interrupt()) {
4736                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4737                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4738                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4739                         return ALLOC_OOM;
4740         }
4741
4742         return 0;
4743 }
4744
4745 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4746 {
4747         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4748 }
4749
4750 /*
4751  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4752  * for the given allocation request.
4753  *
4754  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4755  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4756  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4757  *
4758  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4759  */
4760 static inline bool
4761 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4762                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4763                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4764 {
4765         struct zone *zone;
4766         struct zoneref *z;
4767         bool ret = false;
4768
4769         /*
4770          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4771          * their order will become available due to high fragmentation so
4772          * always increment the no progress counter for them
4773          */
4774         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4775                 *no_progress_loops = 0;
4776         else
4777                 (*no_progress_loops)++;
4778
4779         /*
4780          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4781          * several times in the row.
4782          */
4783         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4784                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4785                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4786         }
4787
4788         /*
4789          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4790          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4791          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4792          * screwed and have to go OOM.
4793          */
4794         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4795                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4796                 unsigned long available;
4797                 unsigned long reclaimable;
4798                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4799                 bool wmark;
4800
4801                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4802                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4803
4804                 /*
4805                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4806                  * reclaimable pages?
4807                  */
4808                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4809                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4810                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4811                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4812                 if (wmark) {
4813                         /*
4814                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4815                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4816                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4817                          * prevent from pre mature OOM
4818                          */
4819                         if (!did_some_progress) {
4820                                 unsigned long write_pending;
4821
4822                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4823                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4824
4825                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4826                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4827                                         return true;
4828                                 }
4829                         }
4830
4831                         ret = true;
4832                         goto out;
4833                 }
4834         }
4835
4836 out:
4837         /*
4838          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4839          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4840          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4841          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4842          * here rather than calling cond_resched().
4843          */
4844         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4845                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4846         else
4847                 cond_resched();
4848         return ret;
4849 }
4850
4851 static inline bool
4852 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4853 {
4854         /*
4855          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4856          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4857          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4858          * such a way the check therein was true, and then it became false
4859          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4860          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4861          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4862          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4863          * caller can deal with a violated nodemask.
4864          */
4865         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4866                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4867                 ac->nodemask = NULL;
4868                 return true;
4869         }
4870
4871         /*
4872          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4873          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4874          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4875          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4876          * retry.
4877          */
4878         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4879                 return true;
4880
4881         return false;
4882 }
4883
4884 static inline struct page *
4885 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4886                                                 struct alloc_context *ac)
4887 {
4888         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4889         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4890         struct page *page = NULL;
4891         unsigned int alloc_flags;
4892         unsigned long did_some_progress;
4893         enum compact_priority compact_priority;
4894         enum compact_result compact_result;
4895         int compaction_retries;
4896         int no_progress_loops;
4897         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4898         int reserve_flags;
4899
4900         /*
4901          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4902          * callers that are not in atomic context.
4903          */
4904         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4905                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4906                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4907
4908 retry_cpuset:
4909         compaction_retries = 0;
4910         no_progress_loops = 0;
4911         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4912         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4913
4914         /*
4915          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4916          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4917          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4918          */
4919         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4920
4921         /*
4922          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4923          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4924          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4925          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4926          */
4927         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4928                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4929         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4930                 goto nopage;
4931
4932         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4933                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4934
4935         /*
4936          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4937          * that first
4938          */
4939         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4940         if (page)
4941                 goto got_pg;
4942
4943         /*
4944          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4945          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4946          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4947          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4948          * same migratetype.
4949          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4950          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4951          */
4952         if (can_direct_reclaim &&
4953                         (costly_order ||
4954                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4955                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4956                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4957                                                 alloc_flags, ac,
4958                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4959                                                 &compact_result);
4960                 if (page)
4961                         goto got_pg;
4962
4963                 /*
4964                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4965                  * includes some THP page fault allocations
4966                  */
4967                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4968                         /*
4969                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4970                          * failed because all zones are below low watermarks
4971                          * or is prohibited because it recently failed at this
4972                          * order, fail immediately unless the allocator has
4973                          * requested compaction and reclaim retry.
4974                          *
4975                          * Reclaim is
4976                          *  - potentially very expensive because zones are far
4977                          *    below their low watermarks or this is part of very
4978                          *    bursty high order allocations,
4979                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4980                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4981                          *    linear scan, and
4982                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4983                          *    own.
4984                          */
4985                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4986                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4987                                 goto nopage;
4988
4989                         /*
4990                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4991                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4992                          * using async compaction.
4993                          */
4994                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4995                 }
4996         }
4997
4998 retry:
4999         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
5000         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
5001                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
5002
5003         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
5004         if (reserve_flags)
5005                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
5006
5007         /*
5008          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
5009          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
5010          * user oriented.
5011          */
5012         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
5013                 ac->nodemask = NULL;
5014                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5015                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5016         }
5017
5018         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
5019         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5020         if (page)
5021                 goto got_pg;
5022
5023         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
5024         if (!can_direct_reclaim)
5025                 goto nopage;
5026
5027         /* Avoid recursion of direct reclaim */
5028         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
5029                 goto nopage;
5030
5031         /* Try direct reclaim and then allocating */
5032         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5033                                                         &did_some_progress);
5034         if (page)
5035                 goto got_pg;
5036
5037         /* Try direct compaction and then allocating */
5038         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5039                                         compact_priority, &compact_result);
5040         if (page)
5041                 goto got_pg;
5042
5043         /* Do not loop if specifically requested */
5044         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5045                 goto nopage;
5046
5047         /*
5048          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5049          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5050          */
5051         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5052                 goto nopage;
5053
5054         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5055                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5056                 goto retry;
5057
5058         /*
5059          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5060          * reclaim is not able to make any progress because the current
5061          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5062          * of free memory (see __compaction_suitable)
5063          */
5064         if (did_some_progress > 0 &&
5065                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5066                                 compact_result, &compact_priority,
5067                                 &compaction_retries))
5068                 goto retry;
5069
5070
5071         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
5072         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5073                 goto retry_cpuset;
5074
5075         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5076         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5077         if (page)
5078                 goto got_pg;
5079
5080         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5081         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5082             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5083              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5084                 goto nopage;
5085
5086         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5087         if (did_some_progress) {
5088                 no_progress_loops = 0;
5089                 goto retry;
5090         }
5091
5092 nopage:
5093         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
5094         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5095                 goto retry_cpuset;
5096
5097         /*
5098          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5099          * we always retry
5100          */
5101         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5102                 /*
5103                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5104                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5105                  */
5106                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
5107                         goto fail;
5108
5109                 /*
5110                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5111                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5112                  * for somebody to do a work for us
5113                  */
5114                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
5115
5116                 /*
5117                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5118                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5119                  * so that we can identify them and convert them to something
5120                  * else.
5121                  */
5122                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
5123
5124                 /*
5125                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5126                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5127                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5128                  * the situation worse
5129                  */
5130                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5131                 if (page)
5132                         goto got_pg;
5133
5134                 cond_resched();
5135                 goto retry;
5136         }
5137 fail:
5138         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5139                         "page allocation failure: order:%u", order);
5140 got_pg:
5141         return page;
5142 }
5143
5144 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5145                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5146                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5147                 unsigned int *alloc_flags)
5148 {
5149         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5150         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5151         ac->nodemask = nodemask;
5152         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5153
5154         if (cpusets_enabled()) {
5155                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5156                 /*
5157                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5158                  * to the current task context. It means that any node ok.
5159                  */
5160                 if (in_task() && !ac->nodemask)
5161                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5162                 else
5163                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5164         }
5165
5166         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
5167         fs_reclaim_release(gfp_mask);
5168
5169         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
5170
5171         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5172                 return false;
5173
5174         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5175
5176         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5177         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5178
5179         /*
5180          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5181          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5182          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5183          */
5184         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5185                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5186
5187         return true;
5188 }
5189
5190 /*
5191  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5192  * @gfp: GFP flags for the allocation
5193  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5194  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5195  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5196  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5197  * @page_array: Optional array to store the pages
5198  *
5199  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5200  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5201  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5202  *
5203  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5204  *
5205  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5206  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5207  *
5208  * Returns the number of pages on the list or array.
5209  */
5210 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5211                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5212                         struct list_head *page_list,
5213                         struct page **page_array)
5214 {
5215         struct page *page;
5216         unsigned long flags;
5217         struct zone *zone;
5218         struct zoneref *z;
5219         struct per_cpu_pages *pcp;
5220         struct list_head *pcp_list;
5221         struct alloc_context ac;
5222         gfp_t alloc_gfp;
5223         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5224         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5225
5226         /*
5227          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5228          * to be allocated before disabling IRQs.
5229          */
5230         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5231                 nr_populated++;
5232
5233         /* No pages requested? */
5234         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5235                 goto out;
5236
5237         /* Already populated array? */
5238         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5239                 goto out;
5240
5241         /* Use the single page allocator for one page. */
5242         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5243                 goto failed;
5244
5245 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
5246         /*
5247          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
5248          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
5249          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
5250          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
5251          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
5252          */
5253         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
5254                 goto failed;
5255 #endif
5256
5257         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5258         gfp &= gfp_allowed_mask;
5259         alloc_gfp = gfp;
5260         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5261                 goto out;
5262         gfp = alloc_gfp;
5263
5264         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5265         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5266                 unsigned long mark;
5267
5268                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5269                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5270                         continue;
5271                 }
5272
5273                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5274                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5275                         goto failed;
5276                 }
5277
5278                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5279                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5280                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5281                                 alloc_flags, gfp)) {
5282                         break;
5283                 }
5284         }
5285
5286         /*
5287          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5288          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5289          */
5290         if (unlikely(!zone))
5291                 goto failed;
5292
5293         /* Attempt the batch allocation */
5294         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
5295         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
5296         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5297
5298         while (nr_populated < nr_pages) {
5299
5300                 /* Skip existing pages */
5301                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5302                         nr_populated++;
5303                         continue;
5304                 }
5305
5306                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5307                                                                 pcp, pcp_list);
5308                 if (unlikely(!page)) {
5309                         /* Try and get at least one page */
5310                         if (!nr_populated)
5311                                 goto failed_irq;
5312                         break;
5313                 }
5314                 nr_account++;
5315
5316                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5317                 if (page_list)
5318                         list_add(&page->lru, page_list);
5319                 else
5320                         page_array[nr_populated] = page;
5321                 nr_populated++;
5322         }
5323
5324         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5325
5326         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5327         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5328
5329 out:
5330         return nr_populated;
5331
5332 failed_irq:
5333         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5334
5335 failed:
5336         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5337         if (page) {
5338                 if (page_list)
5339                         list_add(&page->lru, page_list);
5340                 else
5341                         page_array[nr_populated] = page;
5342                 nr_populated++;
5343         }
5344
5345         goto out;
5346 }
5347 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5348
5349 /*
5350  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5351  */
5352 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5353                                                         nodemask_t *nodemask)
5354 {
5355         struct page *page;
5356         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5357         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5358         struct alloc_context ac = { };
5359
5360         /*
5361          * There are several places where we assume that the order value is sane
5362          * so bail out early if the request is out of bound.
5363          */
5364         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
5365                 WARN_ON_ONCE(!(gfp & __GFP_NOWARN));
5366                 return NULL;
5367         }
5368
5369         gfp &= gfp_allowed_mask;
5370         /*
5371          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5372          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5373          * from a particular context which has been marked by
5374          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5375          * movable zones are not used during allocation.
5376          */
5377         gfp = current_gfp_context(gfp);
5378         alloc_gfp = gfp;
5379         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5380                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5381                 return NULL;
5382
5383         /*
5384          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5385          * memory until all local zones are considered.
5386          */
5387         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5388
5389         /* First allocation attempt */
5390         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5391         if (likely(page))
5392                 goto out;
5393
5394         alloc_gfp = gfp;
5395         ac.spread_dirty_pages = false;
5396
5397         /*
5398          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5399          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5400          */
5401         ac.nodemask = nodemask;
5402
5403         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5404
5405 out:
5406         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5407             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5408                 __free_pages(page, order);
5409                 page = NULL;
5410         }
5411
5412         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5413
5414         return page;
5415 }
5416 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5417
5418 /*
5419  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5420  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5421  * you need to access high mem.
5422  */
5423 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5424 {
5425         struct page *page;
5426
5427         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5428         if (!page)
5429                 return 0;
5430         return (unsigned long) page_address(page);
5431 }
5432 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5433
5434 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5435 {
5436         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5437 }
5438 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5439
5440 /**
5441  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5442  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5443  * @order: The order of the allocation.
5444  *
5445  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5446  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5447  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5448  * than was allocated will probably emit a warning.
5449  *
5450  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5451  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5452  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5453  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5454  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5455  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5456  *
5457  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5458  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5459  */
5460 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5461 {
5462         if (put_page_testzero(page))
5463                 free_the_page(page, order);
5464         else if (!PageHead(page))
5465                 while (order-- > 0)
5466                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5467 }
5468 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5469
5470 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5471 {
5472         if (addr != 0) {
5473                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5474                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5475         }
5476 }
5477
5478 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5479
5480 /*
5481  * Page Fragment:
5482  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5483  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5484  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5485  *
5486  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5487  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5488  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5489  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5490  */
5491 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5492                                              gfp_t gfp_mask)
5493 {
5494         struct page *page = NULL;
5495         gfp_t gfp = gfp_mask;
5496
5497 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5498         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5499                     __GFP_NOMEMALLOC;
5500         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5501                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5502         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5503 #endif
5504         if (unlikely(!page))
5505                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5506
5507         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5508
5509         return page;
5510 }
5511
5512 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5513 {
5514         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5515
5516         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5517                 free_the_page(page, compound_order(page));
5518 }
5519 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5520
5521 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5522                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5523                       unsigned int align_mask)
5524 {
5525         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5526         struct page *page;
5527         int offset;
5528
5529         if (unlikely(!nc->va)) {
5530 refill:
5531                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5532                 if (!page)
5533                         return NULL;
5534
5535 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5536                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5537                 size = nc->size;
5538 #endif
5539                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5540                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5541                  */
5542                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5543
5544                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5545                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5546                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5547                 nc->offset = size;
5548         }
5549
5550         offset = nc->offset - fragsz;
5551         if (unlikely(offset < 0)) {
5552                 page = virt_to_page(nc->va);
5553
5554                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5555                         goto refill;
5556
5557                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5558                         free_the_page(page, compound_order(page));
5559                         goto refill;
5560                 }
5561
5562 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5563                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5564                 size = nc->size;
5565 #endif
5566                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5567                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5568
5569                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5570                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5571                 offset = size - fragsz;
5572         }
5573
5574         nc->pagecnt_bias--;
5575         offset &= align_mask;
5576         nc->offset = offset;
5577
5578         return nc->va + offset;
5579 }
5580 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5581
5582 /*
5583  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5584  */
5585 void page_frag_free(void *addr)
5586 {
5587         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5588
5589         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5590                 free_the_page(page, compound_order(page));
5591 }
5592 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5593
5594 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5595                 size_t size)
5596 {
5597         if (addr) {
5598                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5599                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5600
5601                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5602                 while (used < alloc_end) {
5603                         free_page(used);
5604                         used += PAGE_SIZE;
5605                 }
5606         }
5607         return (void *)addr;
5608 }
5609
5610 /**
5611  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5612  * @size: the number of bytes to allocate
5613  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5614  *
5615  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5616  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5617  * allocate memory in power-of-two pages.
5618  *
5619  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5620  *
5621  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5622  *
5623  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5624  */
5625 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5626 {
5627         unsigned int order = get_order(size);
5628         unsigned long addr;
5629
5630         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5631                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5632
5633         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5634         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5635 }
5636 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5637
5638 /**
5639  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5640  *                         pages on a node.
5641  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5642  * @size: the number of bytes to allocate
5643  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5644  *
5645  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5646  * back.
5647  *
5648  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5649  */
5650 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5651 {
5652         unsigned int order = get_order(size);
5653         struct page *p;
5654
5655         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5656                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5657
5658         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5659         if (!p)
5660                 return NULL;
5661         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5662 }
5663
5664 /**
5665  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5666  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5667  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5668  *
5669  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5670  */
5671 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5672 {
5673         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5674         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5675
5676         while (addr < end) {
5677                 free_page(addr);
5678                 addr += PAGE_SIZE;
5679         }
5680 }
5681 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5682
5683 /**
5684  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5685  * @offset: The zone index of the highest zone
5686  *
5687  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5688  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5689  * zone, the number of pages is calculated as:
5690  *
5691  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5692  *
5693  * Return: number of pages beyond high watermark.
5694  */
5695 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5696 {
5697         struct zoneref *z;
5698         struct zone *zone;
5699
5700         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5701         unsigned long sum = 0;
5702
5703         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5704
5705         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5706                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5707                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5708                 if (size > high)
5709                         sum += size - high;
5710         }
5711
5712         return sum;
5713 }
5714
5715 /**
5716  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5717  *
5718  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5719  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5720  *
5721  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5722  * ZONE_NORMAL.
5723  */
5724 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5725 {
5726         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5727 }
5728 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5729
5730 static inline void show_node(struct zone *zone)
5731 {
5732         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5733                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5734 }
5735
5736 long si_mem_available(void)
5737 {
5738         long available;
5739         unsigned long pagecache;
5740         unsigned long wmark_low = 0;
5741         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5742         unsigned long reclaimable;
5743         struct zone *zone;
5744         int lru;
5745
5746         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5747                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5748
5749         for_each_zone(zone)
5750                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5751
5752         /*
5753          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5754          * without causing swapping.
5755          */
5756         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5757
5758         /*
5759          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5760          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5761          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5762          */
5763         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5764         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5765         available += pagecache;
5766
5767         /*
5768          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5769          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5770          * low watermark.
5771          */
5772         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5773                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5774         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5775
5776         if (available < 0)
5777                 available = 0;
5778         return available;
5779 }
5780 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5781
5782 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5783 {
5784         val->totalram = totalram_pages();
5785         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5786         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5787         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5788         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5789         val->freehigh = nr_free_highpages();
5790         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5791 }
5792
5793 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5794
5795 #ifdef CONFIG_NUMA
5796 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5797 {
5798         int zone_type;          /* needs to be signed */
5799         unsigned long managed_pages = 0;
5800         unsigned long managed_highpages = 0;
5801         unsigned long free_highpages = 0;
5802         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5803
5804         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5805                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5806         val->totalram = managed_pages;
5807         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5808         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5809 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5810         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5811                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5812
5813                 if (is_highmem(zone)) {
5814                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5815                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5816                 }
5817         }
5818         val->totalhigh = managed_highpages;
5819         val->freehigh = free_highpages;
5820 #else
5821         val->totalhigh = managed_highpages;
5822         val->freehigh = free_highpages;
5823 #endif
5824         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5825 }
5826 #endif
5827
5828 /*
5829  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5830  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5831  */
5832 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5833 {
5834         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5835                 return false;
5836
5837         /*
5838          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5839          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5840          * have to be precise here.
5841          */
5842         if (!nodemask)
5843                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5844
5845         return !node_isset(nid, *nodemask);
5846 }
5847
5848 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5849
5850 static void show_migration_types(unsigned char type)
5851 {
5852         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5853                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5854                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5855                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5856                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5857 #ifdef CONFIG_CMA
5858                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5859 #endif
5860 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5861                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5862 #endif
5863         };
5864         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5865         char *p = tmp;
5866         int i;
5867
5868         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5869                 if (type & (1 << i))
5870                         *p++ = types[i];
5871         }
5872
5873         *p = '\0';
5874         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5875 }
5876
5877 /*
5878  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5879  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5880  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5881  *
5882  * Bits in @filter:
5883  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5884  *   cpuset.
5885  */
5886 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5887 {
5888         unsigned long free_pcp = 0;
5889         int cpu;
5890         struct zone *zone;
5891         pg_data_t *pgdat;
5892
5893         for_each_populated_zone(zone) {
5894                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5895                         continue;
5896
5897                 for_each_online_cpu(cpu)
5898                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5899         }
5900
5901         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5902                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5903                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5904                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5905                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5906                 " kernel_misc_reclaimable:%lu\n"
5907                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5908                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5909                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5910                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5911                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5912                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5913                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5914                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5915                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5916                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5917                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5918                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5919                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5920                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5921                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5922                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5923                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE),
5924                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5925                 free_pcp,
5926                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5927
5928         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5929                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5930                         continue;
5931
5932                 printk("Node %d"
5933                         " active_anon:%lukB"
5934                         " inactive_anon:%lukB"
5935                         " active_file:%lukB"
5936                         " inactive_file:%lukB"
5937                         " unevictable:%lukB"
5938                         " isolated(anon):%lukB"
5939                         " isolated(file):%lukB"
5940                         " mapped:%lukB"
5941                         " dirty:%lukB"
5942                         " writeback:%lukB"
5943                         " shmem:%lukB"
5944 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5945                         " shmem_thp: %lukB"
5946                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5947                         " anon_thp: %lukB"
5948 #endif
5949                         " writeback_tmp:%lukB"
5950                         " kernel_stack:%lukB"
5951 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5952                         " shadow_call_stack:%lukB"
5953 #endif
5954                         " pagetables:%lukB"
5955                         " all_unreclaimable? %s"
5956                         "\n",
5957                         pgdat->node_id,
5958                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5959                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5960                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5961                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5962                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5963                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5964                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5965                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5966                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5967                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5968                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5969 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5970                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
5971                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
5972                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
5973 #endif
5974                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5975                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5976 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5977                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5978 #endif
5979                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
5980                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5981                                 "yes" : "no");
5982         }
5983
5984         for_each_populated_zone(zone) {
5985                 int i;
5986
5987                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5988                         continue;
5989
5990                 free_pcp = 0;
5991                 for_each_online_cpu(cpu)
5992                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5993
5994                 show_node(zone);
5995                 printk(KERN_CONT
5996                         "%s"
5997                         " free:%lukB"
5998                         " min:%lukB"
5999                         " low:%lukB"
6000                         " high:%lukB"
6001                         " reserved_highatomic:%luKB"
6002                         " active_anon:%lukB"
6003                         " inactive_anon:%lukB"
6004                         " active_file:%lukB"
6005                         " inactive_file:%lukB"
6006                         " unevictable:%lukB"
6007                         " writepending:%lukB"
6008                         " present:%lukB"
6009                         " managed:%lukB"
6010                         " mlocked:%lukB"
6011                         " bounce:%lukB"
6012                         " free_pcp:%lukB"
6013                         " local_pcp:%ukB"
6014                         " free_cma:%lukB"
6015                         "\n",
6016                         zone->name,
6017                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
6018                         K(min_wmark_pages(zone)),
6019                         K(low_wmark_pages(zone)),
6020                         K(high_wmark_pages(zone)),
6021                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
6022                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
6023                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
6024                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
6025                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
6026                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6027                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6028                         K(zone->present_pages),
6029                         K(zone_managed_pages(zone)),
6030                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6031                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6032                         K(free_pcp),
6033                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6034                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6035                 printk("lowmem_reserve[]:");
6036                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6037                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6038                 printk(KERN_CONT "\n");
6039         }
6040
6041         for_each_populated_zone(zone) {
6042                 unsigned int order;
6043                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6044                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6045
6046                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6047                         continue;
6048                 show_node(zone);
6049                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6050
6051                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6052                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6053                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6054                         int type;
6055
6056                         nr[order] = area->nr_free;
6057                         total += nr[order] << order;
6058
6059                         types[order] = 0;
6060                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6061                                 if (!free_area_empty(area, type))
6062                                         types[order] |= 1 << type;
6063                         }
6064                 }
6065                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6066                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6067                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6068                                nr[order], K(1UL) << order);
6069                         if (nr[order])
6070                                 show_migration_types(types[order]);
6071                 }
6072                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6073         }
6074
6075         hugetlb_show_meminfo();
6076
6077         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6078
6079         show_swap_cache_info();
6080 }
6081
6082 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6083 {
6084         zoneref->zone = zone;
6085         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6086 }
6087
6088 /*
6089  * Builds allocation fallback zone lists.
6090  *
6091  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6092  */
6093 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6094 {
6095         struct zone *zone;
6096         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6097         int nr_zones = 0;
6098
6099         do {
6100                 zone_type--;
6101                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6102                 if (managed_zone(zone)) {
6103                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6104                         check_highest_zone(zone_type);
6105                 }
6106         } while (zone_type);
6107
6108         return nr_zones;
6109 }
6110
6111 #ifdef CONFIG_NUMA
6112
6113 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6114 {
6115         /*
6116          * We used to support different zonelists modes but they turned
6117          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6118          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6119          * not fail it silently
6120          */
6121         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6122                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6123                 return -EINVAL;
6124         }
6125         return 0;
6126 }
6127
6128 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6129
6130 /*
6131  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6132  */
6133 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6134                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6135 {
6136         if (write)
6137                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6138         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6139 }
6140
6141
6142 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
6143 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6144
6145 /**
6146  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6147  * @node: node whose fallback list we're appending
6148  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6149  *
6150  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6151  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6152  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6153  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6154  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6155  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6156  * on them otherwise.
6157  *
6158  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6159  */
6160 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6161 {
6162         int n, val;
6163         int min_val = INT_MAX;
6164         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6165
6166         /* Use the local node if we haven't already */
6167         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6168                 node_set(node, *used_node_mask);
6169                 return node;
6170         }
6171
6172         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6173
6174                 /* Don't want a node to appear more than once */
6175                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6176                         continue;
6177
6178                 /* Use the distance array to find the distance */
6179                 val = node_distance(node, n);
6180
6181                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6182                 val += (n < node);
6183
6184                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6185                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6186                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6187
6188                 /* Slight preference for less loaded node */
6189                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
6190                 val += node_load[n];
6191
6192                 if (val < min_val) {
6193                         min_val = val;
6194                         best_node = n;
6195                 }
6196         }
6197
6198         if (best_node >= 0)
6199                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6200
6201         return best_node;
6202 }
6203
6204
6205 /*
6206  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6207  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6208  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6209  */
6210 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6211                 unsigned nr_nodes)
6212 {
6213         struct zoneref *zonerefs;
6214         int i;
6215
6216         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6217
6218         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6219                 int nr_zones;
6220
6221                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6222
6223                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6224                 zonerefs += nr_zones;
6225         }
6226         zonerefs->zone = NULL;
6227         zonerefs->zone_idx = 0;
6228 }
6229
6230 /*
6231  * Build gfp_thisnode zonelists
6232  */
6233 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6234 {
6235         struct zoneref *zonerefs;
6236         int nr_zones;
6237
6238         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6239         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6240         zonerefs += nr_zones;
6241         zonerefs->zone = NULL;
6242         zonerefs->zone_idx = 0;
6243 }
6244
6245 /*
6246  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6247  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6248  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6249  * may still exist in local DMA zone.
6250  */
6251
6252 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6253 {
6254         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6255         int node, load, nr_nodes = 0;
6256         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6257         int local_node, prev_node;
6258
6259         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6260         local_node = pgdat->node_id;
6261         load = nr_online_nodes;
6262         prev_node = local_node;
6263
6264         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6265         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6266                 /*
6267                  * We don't want to pressure a particular node.
6268                  * So adding penalty to the first node in same
6269                  * distance group to make it round-robin.
6270                  */
6271                 if (node_distance(local_node, node) !=
6272                     node_distance(local_node, prev_node))
6273                         node_load[node] = load;
6274
6275                 node_order[nr_nodes++] = node;
6276                 prev_node = node;
6277                 load--;
6278         }
6279
6280         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6281         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6282 }
6283
6284 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6285 /*
6286  * Return node id of node used for "local" allocations.
6287  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6288  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6289  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6290  */
6291 int local_memory_node(int node)
6292 {
6293         struct zoneref *z;
6294
6295         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6296                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6297                                    NULL);
6298         return zone_to_nid(z->zone);
6299 }
6300 #endif
6301
6302 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6303 static void setup_min_slab_ratio(void);
6304 #else   /* CONFIG_NUMA */
6305
6306 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6307 {
6308         int node, local_node;
6309         struct zoneref *zonerefs;
6310         int nr_zones;
6311
6312         local_node = pgdat->node_id;
6313
6314         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6315         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6316         zonerefs += nr_zones;
6317
6318         /*
6319          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6320          * of all the other nodes.
6321          * We don't want to pressure a particular node, so when
6322          * building the zones for node N, we make sure that the
6323          * zones coming right after the local ones are those from
6324          * node N+1 (modulo N)
6325          */
6326         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6327                 if (!node_online(node))
6328                         continue;
6329                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6330                 zonerefs += nr_zones;
6331         }
6332         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6333                 if (!node_online(node))
6334                         continue;
6335                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6336                 zonerefs += nr_zones;
6337         }
6338
6339         zonerefs->zone = NULL;
6340         zonerefs->zone_idx = 0;
6341 }
6342
6343 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6344
6345 /*
6346  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6347  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6348  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6349  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6350  * with interrupts disabled.
6351  *
6352  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6353  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6354  * hotplugged processors.
6355  *
6356  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6357  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6358  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6359  */
6360 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6361 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6362 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6363 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6364 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6365 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6366 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6367
6368 static void __build_all_zonelists(void *data)
6369 {
6370         int nid;
6371         int __maybe_unused cpu;
6372         pg_data_t *self = data;
6373         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6374
6375         spin_lock(&lock);
6376
6377 #ifdef CONFIG_NUMA
6378         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6379 #endif
6380
6381         /*
6382          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6383          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6384          */
6385         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6386                 build_zonelists(self);
6387         } else {
6388                 for_each_online_node(nid) {
6389                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6390
6391                         build_zonelists(pgdat);
6392                 }
6393
6394 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6395                 /*
6396                  * We now know the "local memory node" for each node--
6397                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6398                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6399                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6400                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6401                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6402                  */
6403                 for_each_online_cpu(cpu)
6404                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6405 #endif
6406         }
6407
6408         spin_unlock(&lock);
6409 }
6410
6411 static noinline void __init
6412 build_all_zonelists_init(void)
6413 {
6414         int cpu;
6415
6416         __build_all_zonelists(NULL);
6417
6418         /*
6419          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6420          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6421          * each zone will be allocated later when the per cpu
6422          * allocator is available.
6423          *
6424          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6425          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6426          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6427          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6428          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6429          * (a chicken-egg dilemma).
6430          */
6431         for_each_possible_cpu(cpu)
6432                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6433
6434         mminit_verify_zonelist();
6435         cpuset_init_current_mems_allowed();
6436 }
6437
6438 /*
6439  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6440  *
6441  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6442  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6443  */
6444 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6445 {
6446         unsigned long vm_total_pages;
6447
6448         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6449                 build_all_zonelists_init();
6450         } else {
6451                 __build_all_zonelists(pgdat);
6452                 /* cpuset refresh routine should be here */
6453         }
6454         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6455         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6456         /*
6457          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6458          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6459          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6460          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6461          * disabled and enable it later
6462          */
6463         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6464                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6465         else
6466                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6467
6468         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6469                 nr_online_nodes,
6470                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6471                 vm_total_pages);
6472 #ifdef CONFIG_NUMA
6473         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6474 #endif
6475 }
6476
6477 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6478 static bool __meminit
6479 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6480 {
6481         static struct memblock_region *r;
6482
6483         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6484                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6485                         for_each_mem_region(r) {
6486                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6487                                         break;
6488                         }
6489                 }
6490                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6491                     memblock_is_mirror(r)) {
6492                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6493                         return true;
6494                 }
6495         }
6496         return false;
6497 }
6498
6499 /*
6500  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6501  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6502  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6503  *
6504  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6505  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6506  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6507  */
6508 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6509                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6510                 enum meminit_context context,
6511                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6512 {
6513         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6514         struct page *page;
6515
6516         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6517                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6518
6519 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6520         /*
6521          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6522          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6523          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6524          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6525          * the hotplug lock.
6526          */
6527         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6528                 if (!altmap)
6529                         return;
6530
6531                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6532                         start_pfn += altmap->reserve;
6533                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6534         }
6535 #endif
6536
6537         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6538                 /*
6539                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6540                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6541                  */
6542                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6543                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6544                                 continue;
6545                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6546                                 break;
6547                 }
6548
6549                 page = pfn_to_page(pfn);
6550                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6551                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6552                         __SetPageReserved(page);
6553
6554                 /*
6555                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6556                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6557                  * over the place during system boot.
6558                  */
6559                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6560                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6561                         cond_resched();
6562                 }
6563                 pfn++;
6564         }
6565 }
6566
6567 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6568 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6569                                    unsigned long start_pfn,
6570                                    unsigned long nr_pages,
6571                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6572 {
6573         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6574         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6575         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6576         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6577         unsigned long start = jiffies;
6578         int nid = pgdat->node_id;
6579
6580         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6581                 return;
6582
6583         /*
6584          * The call to memmap_init should have already taken care
6585          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6586          * the end of that region and start processing the device pages.
6587          */
6588         if (altmap) {
6589                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6590                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6591         }
6592
6593         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6594                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6595
6596                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6597
6598                 /*
6599                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6600                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6601                  *
6602                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6603                  * the flag as we are still initializing the pages.
6604                  */
6605                 __SetPageReserved(page);
6606
6607                 /*
6608                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6609                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6610                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6611                  */
6612                 page->pgmap = pgmap;
6613                 page->zone_device_data = NULL;
6614
6615                 /*
6616                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6617                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6618                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6619                  * the address space during boot when many long-lived
6620                  * kernel allocations are made.
6621                  *
6622                  * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6623                  * because this is done early in section_activate()
6624                  */
6625                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6626                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6627                         cond_resched();
6628                 }
6629         }
6630
6631         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6632                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6633 }
6634
6635 #endif
6636 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6637 {
6638         unsigned int order, t;
6639         for_each_migratetype_order(order, t) {
6640                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6641                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6642         }
6643 }
6644
6645 /*
6646  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6647  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6648  * memmap_init_zone_range().
6649  *
6650  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6651  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6652  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6653  *   arbitrary section size
6654  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6655  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6656  *   nicely with memmap sections
6657  *
6658  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6659  * - PG_Reserved is set
6660  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6661  *   hole is in the middle of a zone
6662  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6663  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6664  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6665  *   section that will be appended to the zone/node below.
6666  */
6667 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6668                                           unsigned long epfn,
6669                                           int zone, int node)
6670 {
6671         unsigned long pfn;
6672         u64 pgcnt = 0;
6673
6674         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6675                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6676                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6677                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6678                         continue;
6679                 }
6680                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6681                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6682                 pgcnt++;
6683         }
6684
6685         if (pgcnt)
6686                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6687                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6688 }
6689
6690 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6691                                           unsigned long start_pfn,
6692                                           unsigned long end_pfn,
6693                                           unsigned long *hole_pfn)
6694 {
6695         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6696         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6697         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6698
6699         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6700         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6701
6702         if (start_pfn >= end_pfn)
6703                 return;
6704
6705         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6706                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6707
6708         if (*hole_pfn < start_pfn)
6709                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6710
6711         *hole_pfn = end_pfn;
6712 }
6713
6714 static void __init memmap_init(void)
6715 {
6716         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6717         unsigned long hole_pfn = 0;
6718         int i, j, zone_id = 0, nid;
6719
6720         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6721                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6722
6723                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6724                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6725
6726                         if (!populated_zone(zone))
6727                                 continue;
6728
6729                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6730                                                &hole_pfn);
6731                         zone_id = j;
6732                 }
6733         }
6734
6735 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6736         /*
6737          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6738          * section_end].
6739          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6740          * node.
6741          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6742          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6743          * for FLATMEM it is a nop anyway
6744          */
6745         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6746         if (hole_pfn < end_pfn)
6747 #endif
6748                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
6749 }
6750
6751 void __init *memmap_alloc(phys_addr_t size, phys_addr_t align,
6752                           phys_addr_t min_addr, int nid, bool exact_nid)
6753 {
6754         void *ptr;
6755
6756         if (exact_nid)
6757                 ptr = memblock_alloc_exact_nid_raw(size, align, min_addr,
6758                                                    MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6759                                                    nid);
6760         else
6761                 ptr = memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, min_addr,
6762                                                  MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6763                                                  nid);
6764
6765         if (ptr && size > 0)
6766                 page_init_poison(ptr, size);
6767
6768         return ptr;
6769 }
6770
6771 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6772 {
6773 #ifdef CONFIG_MMU
6774         int batch;
6775
6776         /*
6777          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
6778          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
6779          * size is striking a balance between allocation latency
6780          * and zone lock contention.
6781          */
6782         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, (1024 * 1024) / PAGE_SIZE);
6783         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6784         if (batch < 1)
6785                 batch = 1;
6786
6787         /*
6788          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6789          * of 2 value was found to be more likely to have
6790          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6791          *
6792          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6793          * batches of pages, one task can end up with a lot
6794          * of pages of one half of the possible page colors
6795          * and the other with pages of the other colors.
6796          */
6797         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6798
6799         return batch;
6800
6801 #else
6802         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6803          * conditions.
6804          *
6805          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6806          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6807          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6808          *
6809          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6810          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6811          * can be a significant delay between the individual batches being
6812          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6813          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6814          */
6815         return 0;
6816 #endif
6817 }
6818
6819 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
6820 {
6821 #ifdef CONFIG_MMU
6822         int high;
6823         int nr_split_cpus;
6824         unsigned long total_pages;
6825
6826         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
6827                 /*
6828                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
6829                  * low watermark so that if they are full then background
6830                  * reclaim will not be started prematurely.
6831                  */
6832                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
6833         } else {
6834                 /*
6835                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
6836                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
6837                  * zone.
6838                  */
6839                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
6840         }
6841
6842         /*
6843          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
6844          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
6845          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
6846          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
6847          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
6848          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
6849          */
6850         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
6851         if (!nr_split_cpus)
6852                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
6853         high = total_pages / nr_split_cpus;
6854
6855         /*
6856          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
6857          * historical relationship between high and batch.
6858          */
6859         high = max(high, batch << 2);
6860
6861         return high;
6862 #else
6863         return 0;
6864 #endif
6865 }
6866
6867 /*
6868  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6869  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6870  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6871  *
6872  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6873  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6874  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6875  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6876  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6877  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6878  *
6879  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6880  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6881  * exist).
6882  */
6883 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6884                 unsigned long batch)
6885 {
6886         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6887         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6888 }
6889
6890 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
6891 {
6892         int pindex;
6893
6894         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
6895         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
6896
6897         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
6898                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
6899
6900         /*
6901          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6902          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6903          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6904          * pageset yet.
6905          */
6906         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6907         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6908         pcp->free_factor = 0;
6909 }
6910
6911 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6912                 unsigned long batch)
6913 {
6914         struct per_cpu_pages *pcp;
6915         int cpu;
6916
6917         for_each_possible_cpu(cpu) {
6918                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6919                 pageset_update(pcp, high, batch);
6920         }
6921 }
6922
6923 /*
6924  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6925  * zone based on the zone's size.
6926  */
6927 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
6928 {
6929         int new_high, new_batch;
6930
6931         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
6932         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
6933
6934         if (zone->pageset_high == new_high &&
6935             zone->pageset_batch == new_batch)
6936                 return;
6937
6938         zone->pageset_high = new_high;
6939         zone->pageset_batch = new_batch;
6940
6941         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
6942 }
6943
6944 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6945 {
6946         int cpu;
6947
6948         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
6949         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
6950                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
6951
6952         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
6953         for_each_possible_cpu(cpu) {
6954                 struct per_cpu_pages *pcp;
6955                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6956
6957                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6958                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6959                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
6960         }
6961
6962         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6963 }
6964
6965 /*
6966  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6967  * Before this call only boot pagesets were available.
6968  */
6969 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6970 {
6971         struct pglist_data *pgdat;
6972         struct zone *zone;
6973         int __maybe_unused cpu;
6974
6975         for_each_populated_zone(zone)
6976                 setup_zone_pageset(zone);
6977
6978 #ifdef CONFIG_NUMA
6979         /*
6980          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6981          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6982          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6983          * the nodes these zones are associated with.
6984          */
6985         for_each_possible_cpu(cpu) {
6986                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
6987                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
6988                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
6989         }
6990 #endif
6991
6992         for_each_online_pgdat(pgdat)
6993                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6994                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6995 }
6996
6997 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6998 {
6999         /*
7000          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
7001          * relies on the ability of the linker to provide the
7002          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
7003          */
7004         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
7005         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
7006         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7007         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7008
7009         if (populated_zone(zone))
7010                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
7011                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
7012 }
7013
7014 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
7015                                         unsigned long zone_start_pfn,
7016                                         unsigned long size)
7017 {
7018         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
7019         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
7020
7021         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
7022                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
7023
7024         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7025
7026         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
7027                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
7028                         pgdat->node_id,
7029                         (unsigned long)zone_idx(zone),
7030                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7031
7032         zone_init_free_lists(zone);
7033         zone->initialized = 1;
7034 }
7035
7036 /**
7037  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7038  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7039  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7040  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7041  *
7042  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7043  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7044  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7045  * PFNs will be 0.
7046  */
7047 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7048                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7049 {
7050         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7051         int i;
7052
7053         *start_pfn = -1UL;
7054         *end_pfn = 0;
7055
7056         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7057                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7058                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7059         }
7060
7061         if (*start_pfn == -1UL)
7062                 *start_pfn = 0;
7063 }
7064
7065 /*
7066  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7067  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7068  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7069  */
7070 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7071 {
7072         int zone_index;
7073         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7074                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7075                         continue;
7076
7077                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7078                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7079                         break;
7080         }
7081
7082         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7083         movable_zone = zone_index;
7084 }
7085
7086 /*
7087  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7088  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7089  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7090  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7091  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7092  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7093  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7094  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7095  */
7096 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7097                                         unsigned long zone_type,
7098                                         unsigned long node_start_pfn,
7099                                         unsigned long node_end_pfn,
7100                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7101                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7102 {
7103         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7104         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7105                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7106                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7107                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7108                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7109                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7110
7111                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7112                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7113                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7114                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7115                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7116
7117                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7118                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7119                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7120         }
7121 }
7122
7123 /*
7124  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7125  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7126  */
7127 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7128                                         unsigned long zone_type,
7129                                         unsigned long node_start_pfn,
7130                                         unsigned long node_end_pfn,
7131                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7132                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7133 {
7134         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7135         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7136         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7137         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7138                 return 0;
7139
7140         /* Get the start and end of the zone */
7141         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7142         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7143         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7144                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7145                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7146
7147         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7148         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7149                 return 0;
7150
7151         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7152         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7153         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7154
7155         /* Return the spanned pages */
7156         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7157 }
7158
7159 /*
7160  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7161  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7162  */
7163 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7164                                 unsigned long range_start_pfn,
7165                                 unsigned long range_end_pfn)
7166 {
7167         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7168         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7169         int i;
7170
7171         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7172                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7173                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7174                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7175         }
7176         return nr_absent;
7177 }
7178
7179 /**
7180  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7181  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7182  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7183  *
7184  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7185  */
7186 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7187                                                         unsigned long end_pfn)
7188 {
7189         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7190 }
7191
7192 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7193 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7194                                         unsigned long zone_type,
7195                                         unsigned long node_start_pfn,
7196                                         unsigned long node_end_pfn)
7197 {
7198         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7199         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7200         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7201         unsigned long nr_absent;
7202
7203         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7204         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7205                 return 0;
7206
7207         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7208         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7209
7210         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7211                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7212                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7213         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7214
7215         /*
7216          * ZONE_MOVABLE handling.
7217          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7218          * and vice versa.
7219          */
7220         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7221                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7222                 struct memblock_region *r;
7223
7224                 for_each_mem_region(r) {
7225                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7226                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7227                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7228                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7229
7230                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7231                             memblock_is_mirror(r))
7232                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7233
7234                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7235                             !memblock_is_mirror(r))
7236                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7237                 }
7238         }
7239
7240         return nr_absent;
7241 }
7242
7243 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7244                                                 unsigned long node_start_pfn,
7245                                                 unsigned long node_end_pfn)
7246 {
7247         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7248         enum zone_type i;
7249
7250         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7251                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7252                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7253                 unsigned long spanned, absent;
7254                 unsigned long size, real_size;
7255
7256                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7257                                                      node_start_pfn,
7258                                                      node_end_pfn,
7259                                                      &zone_start_pfn,
7260                                                      &zone_end_pfn);
7261                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7262                                                    node_start_pfn,
7263                                                    node_end_pfn);
7264
7265                 size = spanned;
7266                 real_size = size - absent;
7267
7268                 if (size)
7269                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7270                 else
7271                         zone->zone_start_pfn = 0;
7272                 zone->spanned_pages = size;
7273                 zone->present_pages = real_size;
7274
7275                 totalpages += size;
7276                 realtotalpages += real_size;
7277         }
7278
7279         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7280         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7281         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7282 }
7283
7284 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7285 /*
7286  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7287  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7288  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7289  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7290  * bytes.
7291  */
7292 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7293 {
7294         unsigned long usemapsize;
7295
7296         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7297         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7298         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7299         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7300         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7301
7302         return usemapsize / 8;
7303 }
7304
7305 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7306 {
7307         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7308                                                zone->spanned_pages);
7309         zone->pageblock_flags = NULL;
7310         if (usemapsize) {
7311                 zone->pageblock_flags =
7312                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7313                                             zone_to_nid(zone));
7314                 if (!zone->pageblock_flags)
7315                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7316                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7317         }
7318 }
7319 #else
7320 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7321 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7322
7323 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7324
7325 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7326 void __init set_pageblock_order(void)
7327 {
7328         unsigned int order;
7329
7330         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7331         if (pageblock_order)
7332                 return;
7333
7334         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
7335                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7336         else
7337                 order = MAX_ORDER - 1;
7338
7339         /*
7340          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7341          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7342          * powerpc.
7343          */
7344         pageblock_order = order;
7345 }
7346 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7347
7348 /*
7349  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7350  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7351  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7352  * the kernel config
7353  */
7354 void __init set_pageblock_order(void)
7355 {
7356 }
7357
7358 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7359
7360 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7361                                                 unsigned long present_pages)
7362 {
7363         unsigned long pages = spanned_pages;
7364
7365         /*
7366          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7367          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7368          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7369          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7370          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7371          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7372          */
7373         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7374             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7375                 pages = present_pages;
7376
7377         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7378 }
7379
7380 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7381 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7382 {
7383         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7384
7385         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7386         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7387         ds_queue->split_queue_len = 0;
7388 }
7389 #else
7390 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7391 #endif
7392
7393 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7394 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7395 {
7396         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7397 }
7398 #else
7399 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7400 #endif
7401
7402 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7403 {
7404         pgdat_resize_init(pgdat);
7405
7406         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7407         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7408
7409         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7410         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7411
7412         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7413         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7414 }
7415
7416 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7417                                                         unsigned long remaining_pages)
7418 {
7419         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7420         zone_set_nid(zone, nid);
7421         zone->name = zone_names[idx];
7422         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7423         spin_lock_init(&zone->lock);
7424         zone_seqlock_init(zone);
7425         zone_pcp_init(zone);
7426 }
7427
7428 /*
7429  * Set up the zone data structures
7430  * - init pgdat internals
7431  * - init all zones belonging to this node
7432  *
7433  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7434  */
7435 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7436 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
7437 {
7438         enum zone_type z;
7439         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7440
7441         pgdat_init_internals(pgdat);
7442         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7443                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7444 }
7445 #endif
7446
7447 /*
7448  * Set up the zone data structures:
7449  *   - mark all pages reserved
7450  *   - mark all memory queues empty
7451  *   - clear the memory bitmaps
7452  *
7453  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7454  * NOTE: this function is only called during early init.
7455  */
7456 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7457 {
7458         enum zone_type j;
7459         int nid = pgdat->node_id;
7460
7461         pgdat_init_internals(pgdat);
7462         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7463
7464         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7465                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7466                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7467
7468                 size = zone->spanned_pages;
7469                 freesize = zone->present_pages;
7470
7471                 /*
7472                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7473                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7474                  * and per-cpu initialisations
7475                  */
7476                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7477                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7478                         if (freesize >= memmap_pages) {
7479                                 freesize -= memmap_pages;
7480                                 if (memmap_pages)
7481                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7482                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7483                         } else
7484                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7485                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7486                 }
7487
7488                 /* Account for reserved pages */
7489                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7490                         freesize -= dma_reserve;
7491                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7492                 }
7493
7494                 if (!is_highmem_idx(j))
7495                         nr_kernel_pages += freesize;
7496                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7497                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7498                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7499                 nr_all_pages += freesize;
7500
7501                 /*
7502                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7503                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7504                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7505                  */
7506                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7507
7508                 if (!size)
7509                         continue;
7510
7511                 set_pageblock_order();
7512                 setup_usemap(zone);
7513                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7514         }
7515 }
7516
7517 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7518 static void __init alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7519 {
7520         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7521         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7522
7523         /* Skip empty nodes */
7524         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7525                 return;
7526
7527         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7528         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7529         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7530         if (!pgdat->node_mem_map) {
7531                 unsigned long size, end;
7532                 struct page *map;
7533
7534                 /*
7535                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7536                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7537                  * for the buddy allocator to function correctly.
7538                  */
7539                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7540                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7541                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7542                 map = memmap_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES, MEMBLOCK_LOW_LIMIT,
7543                                    pgdat->node_id, false);
7544                 if (!map)
7545                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7546                               size, pgdat->node_id);
7547                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7548         }
7549         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7550                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7551                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7552 #ifndef CONFIG_NUMA
7553         /*
7554          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7555          */
7556         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7557                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7558                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7559                         mem_map -= offset;
7560         }
7561 #endif
7562 }
7563 #else
7564 static inline void alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7565 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7566
7567 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7568 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7569 {
7570         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7571 }
7572 #else
7573 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7574 #endif
7575
7576 static void __init free_area_init_node(int nid)
7577 {
7578         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7579         unsigned long start_pfn = 0;
7580         unsigned long end_pfn = 0;
7581
7582         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7583         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7584
7585         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7586
7587         pgdat->node_id = nid;
7588         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7589         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7590
7591         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7592                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7593                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7594         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7595
7596         alloc_node_mem_map(pgdat);
7597         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7598
7599         free_area_init_core(pgdat);
7600 }
7601
7602 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7603 {
7604         free_area_init_node(nid);
7605 }
7606
7607 #if MAX_NUMNODES > 1
7608 /*
7609  * Figure out the number of possible node ids.
7610  */
7611 void __init setup_nr_node_ids(void)
7612 {
7613         unsigned int highest;
7614
7615         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7616         nr_node_ids = highest + 1;
7617 }
7618 #endif
7619
7620 /**
7621  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7622  *
7623  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7624  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7625  * all the nodes.
7626  *
7627  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7628  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7629  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7630  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7631  *
7632  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7633  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7634  * populated node map.
7635  *
7636  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7637  * requirement (single node).
7638  */
7639 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7640 {
7641         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7642         unsigned long start, end, mask;
7643         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7644         int i, nid;
7645
7646         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7647                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7648                         last_nid = nid;
7649                         last_end = end;
7650                         continue;
7651                 }
7652
7653                 /*
7654                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7655                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7656                  * too coarse to separate the current node from the last.
7657                  */
7658                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7659                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7660                         mask <<= 1;
7661
7662                 /* accumulate all internode masks */
7663                 accl_mask |= mask;
7664         }
7665
7666         /* convert mask to number of pages */
7667         return ~accl_mask + 1;
7668 }
7669
7670 /**
7671  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7672  *
7673  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7674  * memblock_set_node().
7675  */
7676 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7677 {
7678         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7679 }
7680
7681 /*
7682  * early_calculate_totalpages()
7683  * Sum pages in active regions for movable zone.
7684  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7685  */
7686 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7687 {
7688         unsigned long totalpages = 0;
7689         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7690         int i, nid;
7691
7692         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7693                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7694
7695                 totalpages += pages;
7696                 if (pages)
7697                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7698         }
7699         return totalpages;
7700 }
7701
7702 /*
7703  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7704  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7705  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7706  * others
7707  */
7708 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7709 {
7710         int i, nid;
7711         unsigned long usable_startpfn;
7712         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7713         /* save the state before borrow the nodemask */
7714         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7715         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7716         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7717         struct memblock_region *r;
7718
7719         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7720         find_usable_zone_for_movable();
7721
7722         /*
7723          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7724          * options.
7725          */
7726         if (movable_node_is_enabled()) {
7727                 for_each_mem_region(r) {
7728                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7729                                 continue;
7730
7731                         nid = memblock_get_region_node(r);
7732
7733                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7734                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7735                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7736                                 usable_startpfn;
7737                 }
7738
7739                 goto out2;
7740         }
7741
7742         /*
7743          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7744          */
7745         if (mirrored_kernelcore) {
7746                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7747
7748                 for_each_mem_region(r) {
7749                         if (memblock_is_mirror(r))
7750                                 continue;
7751
7752                         nid = memblock_get_region_node(r);
7753
7754                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7755
7756                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7757                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7758                                 continue;
7759                         }
7760
7761                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7762                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7763                                 usable_startpfn;
7764                 }
7765
7766                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7767                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7768
7769                 goto out2;
7770         }
7771
7772         /*
7773          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7774          * amount of necessary memory.
7775          */
7776         if (required_kernelcore_percent)
7777                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7778                                        10000UL;
7779         if (required_movablecore_percent)
7780                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7781                                         10000UL;
7782
7783         /*
7784          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7785          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7786          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7787          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7788          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7789          * what movablecore would have allowed.
7790          */
7791         if (required_movablecore) {
7792                 unsigned long corepages;
7793
7794                 /*
7795                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7796                  * was requested by the user
7797                  */
7798                 required_movablecore =
7799                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7800                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7801                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7802
7803                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7804         }
7805
7806         /*
7807          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7808          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7809          */
7810         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7811                 goto out;
7812
7813         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7814         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7815
7816 restart:
7817         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7818         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7819         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7820                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7821
7822                 /*
7823                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7824                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7825                  * amount of memory for the kernel
7826                  */
7827                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7828                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7829
7830                 /*
7831                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7832                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7833                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7834                  */
7835                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7836
7837                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7838                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7839                         unsigned long size_pages;
7840
7841                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7842                         if (start_pfn >= end_pfn)
7843                                 continue;
7844
7845                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7846                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7847                                 unsigned long kernel_pages;
7848                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7849                                                                 - start_pfn;
7850
7851                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7852                                                         kernelcore_remaining);
7853                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7854                                                         required_kernelcore);
7855
7856                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7857                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7858
7859                                         /*
7860                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7861                                          * that if we have to rebalance
7862                                          * kernelcore across nodes, we will
7863                                          * not double account here
7864                                          */
7865                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7866                                         continue;
7867                                 }
7868                                 start_pfn = usable_startpfn;
7869                         }
7870
7871                         /*
7872                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7873                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7874                          * number of pages used as kernelcore
7875                          */
7876                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7877                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7878                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7879                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7880
7881                         /*
7882                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7883                          * break if the kernelcore for this node has been
7884                          * satisfied
7885                          */
7886                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7887                                                                 size_pages);
7888                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7889                         if (!kernelcore_remaining)
7890                                 break;
7891                 }
7892         }
7893
7894         /*
7895          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7896          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7897          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7898          * satisfied
7899          */
7900         usable_nodes--;
7901         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7902                 goto restart;
7903
7904 out2:
7905         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7906         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7907                 zone_movable_pfn[nid] =
7908                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7909
7910 out:
7911         /* restore the node_state */
7912         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7913 }
7914
7915 /* Any regular or high memory on that node ? */
7916 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7917 {
7918         enum zone_type zone_type;
7919
7920         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7921                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7922                 if (populated_zone(zone)) {
7923                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7924                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7925                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7926                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7927                         break;
7928                 }
7929         }
7930 }
7931
7932 /*
7933  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7934  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7935  */
7936 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7937 {
7938         return false;
7939 }
7940
7941 /**
7942  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7943  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7944  *
7945  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7946  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7947  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7948  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7949  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7950  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7951  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7952  * at arch_max_dma_pfn.
7953  */
7954 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7955 {
7956         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7957         int i, nid, zone;
7958         bool descending;
7959
7960         /* Record where the zone boundaries are */
7961         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7962                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7963         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7964                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7965
7966         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7967         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7968
7969         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7970                 if (descending)
7971                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7972                 else
7973                         zone = i;
7974
7975                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7976                         continue;
7977
7978                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7979                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7980                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7981
7982                 start_pfn = end_pfn;
7983         }
7984
7985         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7986         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7987         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7988
7989         /* Print out the zone ranges */
7990         pr_info("Zone ranges:\n");
7991         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7992                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7993                         continue;
7994                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7995                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7996                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7997                         pr_cont("empty\n");
7998                 else
7999                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
8000                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
8001                                         << PAGE_SHIFT,
8002                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
8003                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
8004         }
8005
8006         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8007         pr_info("Movable zone start for each node\n");
8008         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
8009                 if (zone_movable_pfn[i])
8010                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
8011                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
8012         }
8013
8014         /*
8015          * Print out the early node map, and initialize the
8016          * subsection-map relative to active online memory ranges to
8017          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
8018          */
8019         pr_info("Early memory node ranges\n");
8020         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8021                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
8022                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
8023                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
8024                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
8025         }
8026
8027         /* Initialise every node */
8028         mminit_verify_pageflags_layout();
8029         setup_nr_node_ids();
8030         for_each_online_node(nid) {
8031                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
8032                 free_area_init_node(nid);
8033
8034                 /* Any memory on that node */
8035                 if (pgdat->node_present_pages)
8036                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8037                 check_for_memory(pgdat, nid);
8038         }
8039
8040         memmap_init();
8041 }
8042
8043 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8044                                      unsigned long *percent)
8045 {
8046         unsigned long long coremem;
8047         char *endptr;
8048
8049         if (!p)
8050                 return -EINVAL;
8051
8052         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8053         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8054         if (*endptr == '%') {
8055                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8056                 WARN_ON(coremem > 100);
8057
8058                 *percent = coremem;
8059         } else {
8060                 coremem = memparse(p, &p);
8061                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8062                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8063
8064                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8065                 *percent = 0UL;
8066         }
8067         return 0;
8068 }
8069
8070 /*
8071  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8072  * cannot be reclaimed or migrated.
8073  */
8074 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8075 {
8076         /* parse kernelcore=mirror */
8077         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8078                 mirrored_kernelcore = true;
8079                 return 0;
8080         }
8081
8082         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8083                                   &required_kernelcore_percent);
8084 }
8085
8086 /*
8087  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8088  * can be reclaimed or migrated.
8089  */
8090 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8091 {
8092         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8093                                   &required_movablecore_percent);
8094 }
8095
8096 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8097 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8098
8099 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8100 {
8101         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8102         totalram_pages_add(count);
8103 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8104         if (PageHighMem(page))
8105                 totalhigh_pages_add(count);
8106 #endif
8107 }
8108 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8109
8110 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8111 {
8112         void *pos;
8113         unsigned long pages = 0;
8114
8115         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8116         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8117         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8118                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8119                 void *direct_map_addr;
8120
8121                 /*
8122                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8123                  * because some architectures' virt_to_page()
8124                  * work with aliases.  Getting the direct map
8125                  * address ensures that we get a _writeable_
8126                  * alias for the memset().
8127                  */
8128                 direct_map_addr = page_address(page);
8129                 /*
8130                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8131                  * has not been initialized.
8132                  */
8133                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8134                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8135                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8136
8137                 free_reserved_page(page);
8138         }
8139
8140         if (pages && s)
8141                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
8142                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
8143
8144         return pages;
8145 }
8146
8147 void __init mem_init_print_info(void)
8148 {
8149         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8150         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8151
8152         physpages = get_num_physpages();
8153         codesize = _etext - _stext;
8154         datasize = _edata - _sdata;
8155         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8156         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8157         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8158         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8159
8160         /*
8161          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8162          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8163          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8164          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8165          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8166          */
8167 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8168         do { \
8169                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
8170                         size -= adj; \
8171         } while (0)
8172
8173         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8174                      _sinittext, init_code_size);
8175         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8176         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8177         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8178         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8179
8180 #undef  adj_init_size
8181
8182         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8183 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8184                 ", %luK highmem"
8185 #endif
8186                 ")\n",
8187                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
8188                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
8189                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
8190                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
8191                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
8192                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10)
8193 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8194                 , totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10)
8195 #endif
8196                 );
8197 }
8198
8199 /**
8200  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8201  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8202  *
8203  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8204  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8205  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8206  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8207  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8208  * smaller per-cpu batchsize.
8209  */
8210 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8211 {
8212         dma_reserve = new_dma_reserve;
8213 }
8214
8215 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8216 {
8217         struct zone *zone;
8218
8219         lru_add_drain_cpu(cpu);
8220         drain_pages(cpu);
8221
8222         /*
8223          * Spill the event counters of the dead processor
8224          * into the current processors event counters.
8225          * This artificially elevates the count of the current
8226          * processor.
8227          */
8228         vm_events_fold_cpu(cpu);
8229
8230         /*
8231          * Zero the differential counters of the dead processor
8232          * so that the vm statistics are consistent.
8233          *
8234          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8235          * race with what we are doing.
8236          */
8237         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8238
8239         for_each_populated_zone(zone)
8240                 zone_pcp_update(zone, 0);
8241
8242         return 0;
8243 }
8244
8245 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8246 {
8247         struct zone *zone;
8248
8249         for_each_populated_zone(zone)
8250                 zone_pcp_update(zone, 1);
8251         return 0;
8252 }
8253
8254 #ifdef CONFIG_NUMA
8255 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8256
8257 static int __init set_hashdist(char *str)
8258 {
8259         if (!str)
8260                 return 0;
8261         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8262         return 1;
8263 }
8264 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8265 #endif
8266
8267 void __init page_alloc_init(void)
8268 {
8269         int ret;
8270
8271 #ifdef CONFIG_NUMA
8272         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8273                 hashdist = 0;
8274 #endif
8275
8276         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8277                                         "mm/page_alloc:pcp",
8278                                         page_alloc_cpu_online,
8279                                         page_alloc_cpu_dead);
8280         WARN_ON(ret < 0);
8281 }
8282
8283 /*
8284  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8285  *      or min_free_kbytes changes.
8286  */
8287 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8288 {
8289         struct pglist_data *pgdat;
8290         unsigned long reserve_pages = 0;
8291         enum zone_type i, j;
8292
8293         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8294
8295                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8296
8297                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8298                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8299                         long max = 0;
8300                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8301
8302                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8303                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8304                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8305                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8306                         }
8307
8308                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8309                         max += high_wmark_pages(zone);
8310
8311                         if (max > managed_pages)
8312                                 max = managed_pages;
8313
8314                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8315
8316                         reserve_pages += max;
8317                 }
8318         }
8319         totalreserve_pages = reserve_pages;
8320 }
8321
8322 /*
8323  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8324  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8325  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8326  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8327  */
8328 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8329 {
8330         struct pglist_data *pgdat;
8331         enum zone_type i, j;
8332
8333         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8334                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8335                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8336                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8337                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8338                         unsigned long managed_pages = 0;
8339
8340                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8341                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8342
8343                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8344
8345                                 if (clear)
8346                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8347                                 else
8348                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8349                         }
8350                 }
8351         }
8352
8353         /* update totalreserve_pages */
8354         calculate_totalreserve_pages();
8355 }
8356
8357 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8358 {
8359         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8360         unsigned long lowmem_pages = 0;
8361         struct zone *zone;
8362         unsigned long flags;
8363
8364         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8365         for_each_zone(zone) {
8366                 if (!is_highmem(zone))
8367                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8368         }
8369
8370         for_each_zone(zone) {
8371                 u64 tmp;
8372
8373                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8374                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8375                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8376                 if (is_highmem(zone)) {
8377                         /*
8378                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8379                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8380                          * value here.
8381                          *
8382                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8383                          * deltas control async page reclaim, and so should
8384                          * not be capped for highmem.
8385                          */
8386                         unsigned long min_pages;
8387
8388                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8389                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8390                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8391                 } else {
8392                         /*
8393                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8394                          * proportionate to the zone's size.
8395                          */
8396                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8397                 }
8398
8399                 /*
8400                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8401                  * scale factor in proportion to available memory, but
8402                  * ensure a minimum size on small systems.
8403                  */
8404                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8405                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8406                                       watermark_scale_factor, 10000));
8407
8408                 zone->watermark_boost = 0;
8409                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8410                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
8411
8412                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8413         }
8414
8415         /* update totalreserve_pages */
8416         calculate_totalreserve_pages();
8417 }
8418
8419 /**
8420  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8421  * or when memory is hot-{added|removed}
8422  *
8423  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8424  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8425  */
8426 void setup_per_zone_wmarks(void)
8427 {
8428         struct zone *zone;
8429         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8430
8431         spin_lock(&lock);
8432         __setup_per_zone_wmarks();
8433         spin_unlock(&lock);
8434
8435         /*
8436          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8437          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8438          */
8439         for_each_zone(zone)
8440                 zone_pcp_update(zone, 0);
8441 }
8442
8443 /*
8444  * Initialise min_free_kbytes.
8445  *
8446  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8447  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8448  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8449  *
8450  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8451  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8452  *
8453  * which yields
8454  *
8455  * 16MB:        512k
8456  * 32MB:        724k
8457  * 64MB:        1024k
8458  * 128MB:       1448k
8459  * 256MB:       2048k
8460  * 512MB:       2896k
8461  * 1024MB:      4096k
8462  * 2048MB:      5792k
8463  * 4096MB:      8192k
8464  * 8192MB:      11584k
8465  * 16384MB:     16384k
8466  */
8467 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8468 {
8469         unsigned long lowmem_kbytes;
8470         int new_min_free_kbytes;
8471
8472         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8473         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8474
8475         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
8476                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
8477                 if (min_free_kbytes < 128)
8478                         min_free_kbytes = 128;
8479                 if (min_free_kbytes > 262144)
8480                         min_free_kbytes = 262144;
8481         } else {
8482                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8483                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8484         }
8485         setup_per_zone_wmarks();
8486         refresh_zone_stat_thresholds();
8487         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8488
8489 #ifdef CONFIG_NUMA
8490         setup_min_unmapped_ratio();
8491         setup_min_slab_ratio();
8492 #endif
8493
8494         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8495
8496         return 0;
8497 }
8498 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8499
8500 /*
8501  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8502  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8503  *      changes.
8504  */
8505 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8506                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8507 {
8508         int rc;
8509
8510         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8511         if (rc)
8512                 return rc;
8513
8514         if (write) {
8515                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8516                 setup_per_zone_wmarks();
8517         }
8518         return 0;
8519 }
8520
8521 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8522                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8523 {
8524         int rc;
8525
8526         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8527         if (rc)
8528                 return rc;
8529
8530         if (write)
8531                 setup_per_zone_wmarks();
8532
8533         return 0;
8534 }
8535
8536 #ifdef CONFIG_NUMA
8537 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8538 {
8539         pg_data_t *pgdat;
8540         struct zone *zone;
8541
8542         for_each_online_pgdat(pgdat)
8543                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8544
8545         for_each_zone(zone)
8546                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8547                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8548 }
8549
8550
8551 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8552                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8553 {
8554         int rc;
8555
8556         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8557         if (rc)
8558                 return rc;
8559
8560         setup_min_unmapped_ratio();
8561
8562         return 0;
8563 }
8564
8565 static void setup_min_slab_ratio(void)
8566 {
8567         pg_data_t *pgdat;
8568         struct zone *zone;
8569
8570         for_each_online_pgdat(pgdat)
8571                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8572
8573         for_each_zone(zone)
8574                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8575                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8576 }
8577
8578 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8579                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8580 {
8581         int rc;
8582
8583         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8584         if (rc)
8585                 return rc;
8586
8587         setup_min_slab_ratio();
8588
8589         return 0;
8590 }
8591 #endif
8592
8593 /*
8594  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8595  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8596  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8597  *
8598  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8599  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8600  * if in function of the boot time zone sizes.
8601  */
8602 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8603                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8604 {
8605         int i;
8606
8607         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8608
8609         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8610                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8611                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8612         }
8613
8614         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8615         return 0;
8616 }
8617
8618 /*
8619  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8620  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8621  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8622  */
8623 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
8624                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8625 {
8626         struct zone *zone;
8627         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
8628         int ret;
8629
8630         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8631         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
8632
8633         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8634         if (!write || ret < 0)
8635                 goto out;
8636
8637         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8638         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
8639             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
8640                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
8641                 ret = -EINVAL;
8642                 goto out;
8643         }
8644
8645         /* No change? */
8646         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
8647                 goto out;
8648
8649         for_each_populated_zone(zone)
8650                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
8651 out:
8652         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8653         return ret;
8654 }
8655
8656 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8657 /*
8658  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8659  * is not known to alloc_large_system_hash().
8660  */
8661 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8662 {
8663         return 0;
8664 }
8665 #endif
8666
8667 /*
8668  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8669  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8670  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8671  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8672  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8673  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8674  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8675  */
8676 #if __BITS_PER_LONG > 32
8677 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8678 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8679 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8680 #endif
8681
8682 /*
8683  * allocate a large system hash table from bootmem
8684  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8685  *   quantity of entries
8686  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8687  */
8688 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8689                                      unsigned long bucketsize,
8690                                      unsigned long numentries,
8691                                      int scale,
8692                                      int flags,
8693                                      unsigned int *_hash_shift,
8694                                      unsigned int *_hash_mask,
8695                                      unsigned long low_limit,
8696                                      unsigned long high_limit)
8697 {
8698         unsigned long long max = high_limit;
8699         unsigned long log2qty, size;
8700         void *table = NULL;
8701         gfp_t gfp_flags;
8702         bool virt;
8703         bool huge;
8704
8705         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8706         if (!numentries) {
8707                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8708                 numentries = nr_kernel_pages;
8709                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8710
8711                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8712                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8713                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8714
8715 #if __BITS_PER_LONG > 32
8716                 if (!high_limit) {
8717                         unsigned long adapt;
8718
8719                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8720                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8721                                 scale++;
8722                 }
8723 #endif
8724
8725                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8726                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8727                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8728                 else
8729                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8730
8731                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8732                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8733                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8734                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8735                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8736                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8737                                 BUG_ON(!numentries);
8738                         }
8739                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8740                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8741         }
8742         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8743
8744         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8745         if (max == 0) {
8746                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8747                 do_div(max, bucketsize);
8748         }
8749         max = min(max, 0x80000000ULL);
8750
8751         if (numentries < low_limit)
8752                 numentries = low_limit;
8753         if (numentries > max)
8754                 numentries = max;
8755
8756         log2qty = ilog2(numentries);
8757
8758         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8759         do {
8760                 virt = false;
8761                 size = bucketsize << log2qty;
8762                 if (flags & HASH_EARLY) {
8763                         if (flags & HASH_ZERO)
8764                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8765                         else
8766                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8767                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8768                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8769                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8770                         virt = true;
8771                         huge = is_vm_area_hugepages(table);
8772                 } else {
8773                         /*
8774                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8775                          * some pages at the end of hash table which
8776                          * alloc_pages_exact() automatically does
8777                          */
8778                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8779                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8780                 }
8781         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8782
8783         if (!table)
8784                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8785
8786         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8787                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8788                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
8789
8790         if (_hash_shift)
8791                 *_hash_shift = log2qty;
8792         if (_hash_mask)
8793                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8794
8795         return table;
8796 }
8797
8798 /*
8799  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8800  *
8801  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8802  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8803  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8804  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8805  *
8806  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8807  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8808  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8809  *
8810  */
8811 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8812                                  int migratetype, int flags)
8813 {
8814         unsigned long iter = 0;
8815         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8816         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8817
8818         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8819                 /*
8820                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8821                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8822                  * so consider them movable here.
8823                  */
8824                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8825                         return NULL;
8826
8827                 return page;
8828         }
8829
8830         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8831                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8832                         continue;
8833
8834                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8835
8836                 /*
8837                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8838                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8839                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8840                  * specifying "movablecore".
8841                  */
8842                 if (PageReserved(page))
8843                         return page;
8844
8845                 /*
8846                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8847                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8848                  * is movable.
8849                  */
8850                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8851                         continue;
8852
8853                 /*
8854                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8855                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8856                  * We need not scan over tail pages because we don't
8857                  * handle each tail page individually in migration.
8858                  */
8859                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8860                         struct page *head = compound_head(page);
8861                         unsigned int skip_pages;
8862
8863                         if (PageHuge(page)) {
8864                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8865                                         return page;
8866                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8867                                 return page;
8868                         }
8869
8870                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8871                         iter += skip_pages - 1;
8872                         continue;
8873                 }
8874
8875                 /*
8876                  * We can't use page_count without pin a page
8877                  * because another CPU can free compound page.
8878                  * This check already skips compound tails of THP
8879                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8880                  */
8881                 if (!page_ref_count(page)) {
8882                         if (PageBuddy(page))
8883                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8884                         continue;
8885                 }
8886
8887                 /*
8888                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8889                  * page_count() is not 0.
8890                  */
8891                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8892                         continue;
8893
8894                 /*
8895                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8896                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8897                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8898                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8899                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8900                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8901                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8902                  * (false negatives in this function only)
8903                  */
8904                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8905                         continue;
8906
8907                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8908                         continue;
8909
8910                 /*
8911                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8912                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8913                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8914                  */
8915                 return page;
8916         }
8917         return NULL;
8918 }
8919
8920 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8921 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8922 {
8923         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8924                              pageblock_nr_pages) - 1);
8925 }
8926
8927 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8928 {
8929         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8930                                 pageblock_nr_pages));
8931 }
8932
8933 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
8934         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
8935 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
8936 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8937 {
8938         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
8939
8940         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
8941                 struct page *page;
8942
8943                 dump_stack();
8944                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
8945                         dump_page(page, "migration failure");
8946         }
8947 }
8948 #else
8949 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8950 {
8951 }
8952 #endif
8953
8954 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8955 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8956                                         unsigned long start, unsigned long end)
8957 {
8958         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8959         unsigned int nr_reclaimed;
8960         unsigned long pfn = start;
8961         unsigned int tries = 0;
8962         int ret = 0;
8963         struct migration_target_control mtc = {
8964                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
8965                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
8966         };
8967
8968         lru_cache_disable();
8969
8970         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8971                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8972                         ret = -EINTR;
8973                         break;
8974                 }
8975
8976                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8977                         cc->nr_migratepages = 0;
8978                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8979                         if (ret && ret != -EAGAIN)
8980                                 break;
8981                         pfn = cc->migrate_pfn;
8982                         tries = 0;
8983                 } else if (++tries == 5) {
8984                         ret = -EBUSY;
8985                         break;
8986                 }
8987
8988                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8989                                                         &cc->migratepages);
8990                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8991
8992                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
8993                                 NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8994
8995                 /*
8996                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
8997                  * to retry again over this error, so do the same here.
8998                  */
8999                 if (ret == -ENOMEM)
9000                         break;
9001         }
9002
9003         lru_cache_enable();
9004         if (ret < 0) {
9005                 if (ret == -EBUSY)
9006                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
9007                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
9008                 return ret;
9009         }
9010         return 0;
9011 }
9012
9013 /**
9014  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
9015  * @start:      start PFN to allocate
9016  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
9017  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
9018  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
9019  *                      in range must have the same migratetype and it must
9020  *                      be either of the two.
9021  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
9022  *
9023  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
9024  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
9025  *
9026  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
9027  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
9028  * be modified by others.
9029  *
9030  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9031  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9032  * need to be freed with free_contig_range().
9033  */
9034 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9035                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9036 {
9037         unsigned long outer_start, outer_end;
9038         unsigned int order;
9039         int ret = 0;
9040
9041         struct compact_control cc = {
9042                 .nr_migratepages = 0,
9043                 .order = -1,
9044                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9045                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9046                 .ignore_skip_hint = true,
9047                 .no_set_skip_hint = true,
9048                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9049                 .alloc_contig = true,
9050         };
9051         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9052
9053         /*
9054          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9055          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9056          * have different sizes, and due to the way page allocator
9057          * work, we align the range to biggest of the two pages so
9058          * that page allocator won't try to merge buddies from
9059          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
9060          * other migration type.
9061          *
9062          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9063          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9064          * we are interested in).  This will put all the pages in
9065          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9066          *
9067          * When this is done, we take the pages in range from page
9068          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9069          * page allocator will never consider using them.
9070          *
9071          * This lets us mark the pageblocks back as
9072          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9073          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9074          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9075          */
9076
9077         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9078                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
9079         if (ret)
9080                 return ret;
9081
9082         drain_all_pages(cc.zone);
9083
9084         /*
9085          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9086          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9087          * which will report the busy page.
9088          *
9089          * It is possible that busy pages could become available before
9090          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9091          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9092          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9093          */
9094         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9095         if (ret && ret != -EBUSY)
9096                 goto done;
9097         ret = 0;
9098
9099         /*
9100          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
9101          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9102          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9103          * What we are going to do is to allocate all pages from
9104          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9105          *
9106          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9107          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9108          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9109          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9110          * once this is done free the pages we are not interested in.
9111          *
9112          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9113          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9114          */
9115
9116         order = 0;
9117         outer_start = start;
9118         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9119                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9120                         outer_start = start;
9121                         break;
9122                 }
9123                 outer_start &= ~0UL << order;
9124         }
9125
9126         if (outer_start != start) {
9127                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9128
9129                 /*
9130                  * outer_start page could be small order buddy page and
9131                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9132                  * in this case to report failed page properly
9133                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9134                  */
9135                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9136                         outer_start = start;
9137         }
9138
9139         /* Make sure the range is really isolated. */
9140         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9141                 ret = -EBUSY;
9142                 goto done;
9143         }
9144
9145         /* Grab isolated pages from freelists. */
9146         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9147         if (!outer_end) {
9148                 ret = -EBUSY;
9149                 goto done;
9150         }
9151
9152         /* Free head and tail (if any) */
9153         if (start != outer_start)
9154                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9155         if (end != outer_end)
9156                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9157
9158 done:
9159         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9160                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
9161         return ret;
9162 }
9163 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9164
9165 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9166                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9167 {
9168         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9169
9170         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9171                                   gfp_mask);
9172 }
9173
9174 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9175                                    unsigned long nr_pages)
9176 {
9177         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9178         struct page *page;
9179
9180         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9181                 page = pfn_to_online_page(i);
9182                 if (!page)
9183                         return false;
9184
9185                 if (page_zone(page) != z)
9186                         return false;
9187
9188                 if (PageReserved(page))
9189                         return false;
9190         }
9191         return true;
9192 }
9193
9194 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9195                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9196 {
9197         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9198
9199         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9200 }
9201
9202 /**
9203  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9204  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9205  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9206  * @nid:        Target node
9207  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9208  *
9209  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9210  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9211  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9212  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9213  *
9214  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9215  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
9216  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9217  *
9218  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9219  * __free_page() on each allocated page.
9220  *
9221  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9222  */
9223 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9224                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9225 {
9226         unsigned long ret, pfn, flags;
9227         struct zonelist *zonelist;
9228         struct zone *zone;
9229         struct zoneref *z;
9230
9231         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9232         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9233                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9234                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9235
9236                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9237                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9238                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9239                                 /*
9240                                  * We release the zone lock here because
9241                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9242                                  * at some point. If there's an allocation
9243                                  * spinning on this lock, it may win the race
9244                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9245                                  */
9246                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9247                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9248                                                         gfp_mask);
9249                                 if (!ret)
9250                                         return pfn_to_page(pfn);
9251                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9252                         }
9253                         pfn += nr_pages;
9254                 }
9255                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9256         }
9257         return NULL;
9258 }
9259 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9260
9261 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9262 {
9263         unsigned long count = 0;
9264
9265         for (; nr_pages--; pfn++) {
9266                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9267
9268                 count += page_count(page) != 1;
9269                 __free_page(page);
9270         }
9271         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9272 }
9273 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9274
9275 /*
9276  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
9277  * page high values need to be recalculated.
9278  */
9279 void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
9280 {
9281         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9282         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
9283         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9284 }
9285
9286 /*
9287  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9288  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9289  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9290  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9291  *
9292  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9293  */
9294 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9295 {
9296         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9297         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9298         __drain_all_pages(zone, true);
9299 }
9300
9301 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9302 {
9303         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9304         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9305 }
9306
9307 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9308 {
9309         int cpu;
9310         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9311
9312         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9313                 for_each_online_cpu(cpu) {
9314                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9315                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9316                 }
9317                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9318                 free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9319                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9320                 zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9321         }
9322 }
9323
9324 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9325 /*
9326  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9327  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9328  */
9329 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9330 {
9331         unsigned long pfn = start_pfn;
9332         struct page *page;
9333         struct zone *zone;
9334         unsigned int order;
9335         unsigned long flags;
9336
9337         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9338         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9339         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9340         while (pfn < end_pfn) {
9341                 page = pfn_to_page(pfn);
9342                 /*
9343                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9344                  * page_count() is not 0.
9345                  */
9346                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9347                         pfn++;
9348                         continue;
9349                 }
9350                 /*
9351                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9352                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9353                  */
9354                 if (PageOffline(page)) {
9355                         BUG_ON(page_count(page));
9356                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9357                         pfn++;
9358                         continue;
9359                 }
9360
9361                 BUG_ON(page_count(page));
9362                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9363                 order = buddy_order(page);
9364                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9365                 pfn += (1 << order);
9366         }
9367         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9368 }
9369 #endif
9370
9371 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9372 {
9373         struct zone *zone = page_zone(page);
9374         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9375         unsigned long flags;
9376         unsigned int order;
9377
9378         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9379         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9380                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9381
9382                 if (PageBuddy(page_head) && buddy_order(page_head) >= order)
9383                         break;
9384         }
9385         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9386
9387         return order < MAX_ORDER;
9388 }
9389
9390 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9391 /*
9392  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9393  * buddy allocator.
9394  */
9395 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9396                                    struct page *target, int low, int high,
9397                                    int migratetype)
9398 {
9399         unsigned long size = 1 << high;
9400         struct page *current_buddy, *next_page;
9401
9402         while (high > low) {
9403                 high--;
9404                 size >>= 1;
9405
9406                 if (target >= &page[size]) {
9407                         next_page = page + size;
9408                         current_buddy = page;
9409                 } else {
9410                         next_page = page;
9411                         current_buddy = page + size;
9412                 }
9413
9414                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9415                         continue;
9416
9417                 if (current_buddy != target) {
9418                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9419                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9420                         page = next_page;
9421                 }
9422         }
9423 }
9424
9425 /*
9426  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9427  */
9428 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9429 {
9430         struct zone *zone = page_zone(page);
9431         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9432         unsigned long flags;
9433         unsigned int order;
9434         bool ret = false;
9435
9436         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9437         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9438                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9439                 int page_order = buddy_order(page_head);
9440
9441                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9442                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9443                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9444                                                                    pfn_head);
9445
9446                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9447                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9448                                                 page_order, migratetype);
9449                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9450                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9451                         ret = true;
9452                         break;
9453                 }
9454                 if (page_count(page_head) > 0)
9455                         break;
9456         }
9457         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9458         return ret;
9459 }
9460 #endif