d047bf7d8fd406b9959969ab65b433d8954b2803
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/sched/mm.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67 #include <linux/ftrace.h>
68 #include <linux/lockdep.h>
69 #include <linux/nmi.h>
70 #include <linux/psi.h>
71
72 #include <asm/sections.h>
73 #include <asm/tlbflush.h>
74 #include <asm/div64.h>
75 #include "internal.h"
76 #include "shuffle.h"
77
78 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
79 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
80 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
81
82 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
83 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
84 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
85 #endif
86
87 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
88
89 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
90 /*
91  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
92  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
93  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
94  * defined in <linux/topology.h>.
95  */
96 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
97 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
98 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
99 #endif
100
101 /* work_structs for global per-cpu drains */
102 struct pcpu_drain {
103         struct zone *zone;
104         struct work_struct work;
105 };
106 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
107 DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
108
109 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
110 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
111 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
112 #endif
113
114 /*
115  * Array of node states.
116  */
117 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
118         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
119         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
120 #ifndef CONFIG_NUMA
121         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
122 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
123         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
124 #endif
125         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
126         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
127 #endif  /* NUMA */
128 };
129 EXPORT_SYMBOL(node_states);
130
131 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
132 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
133 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
134 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
135
136 int percpu_pagelist_fraction;
137 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
138 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
139 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
140 #else
141 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
142 #endif
143 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
144
145 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
146 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
147 #else
148 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
149 #endif
150 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
151
152 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
153 {
154         int ret;
155         bool bool_result;
156
157         if (!buf)
158                 return -EINVAL;
159         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
160         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
161                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
162         if (bool_result)
163                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
164         else
165                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
166         return ret;
167 }
168 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
169
170 static int __init early_init_on_free(char *buf)
171 {
172         int ret;
173         bool bool_result;
174
175         if (!buf)
176                 return -EINVAL;
177         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
178         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
179                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
180         if (bool_result)
181                 static_branch_enable(&init_on_free);
182         else
183                 static_branch_disable(&init_on_free);
184         return ret;
185 }
186 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
187
188 /*
189  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
190  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
191  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
192  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
193  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
194  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
195  */
196 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
197 {
198         return page->index;
199 }
200
201 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
202 {
203         page->index = migratetype;
204 }
205
206 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
207 /*
208  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
209  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
210  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
211  * they should always be called with system_transition_mutex held
212  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
213  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
214  * with that modification).
215  */
216
217 static gfp_t saved_gfp_mask;
218
219 void pm_restore_gfp_mask(void)
220 {
221         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
222         if (saved_gfp_mask) {
223                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
224                 saved_gfp_mask = 0;
225         }
226 }
227
228 void pm_restrict_gfp_mask(void)
229 {
230         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
231         WARN_ON(saved_gfp_mask);
232         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
233         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
234 }
235
236 bool pm_suspended_storage(void)
237 {
238         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
239                 return false;
240         return true;
241 }
242 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
243
244 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
245 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
246 #endif
247
248 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
249
250 /*
251  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
252  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
253  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
254  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
255  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
256  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
257  *
258  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
259  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
260  */
261 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
262 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
263         [ZONE_DMA] = 256,
264 #endif
265 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
266         [ZONE_DMA32] = 256,
267 #endif
268         [ZONE_NORMAL] = 32,
269 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
270         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
271 #endif
272         [ZONE_MOVABLE] = 0,
273 };
274
275 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
276 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
277          "DMA",
278 #endif
279 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
280          "DMA32",
281 #endif
282          "Normal",
283 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
284          "HighMem",
285 #endif
286          "Movable",
287 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
288          "Device",
289 #endif
290 };
291
292 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
293         "Unmovable",
294         "Movable",
295         "Reclaimable",
296         "HighAtomic",
297 #ifdef CONFIG_CMA
298         "CMA",
299 #endif
300 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
301         "Isolate",
302 #endif
303 };
304
305 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
306         NULL,
307         free_compound_page,
308 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
309         free_huge_page,
310 #endif
311 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
312         free_transhuge_page,
313 #endif
314 };
315
316 int min_free_kbytes = 1024;
317 int user_min_free_kbytes = -1;
318 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
319 /*
320  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
321  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
322  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
323  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
324  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
325  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
326  * fragmentation avoidance.
327  */
328 int watermark_boost_factor __read_mostly;
329 #else
330 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
331 #endif
332 int watermark_scale_factor = 10;
333
334 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
335 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
336 static unsigned long dma_reserve __initdata;
337
338 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
339 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
340 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
341 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
342 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
343 static unsigned long required_movablecore __initdata;
344 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
345 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
346 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
347
348 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
349 int movable_zone;
350 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
351 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
352
353 #if MAX_NUMNODES > 1
354 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
355 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
356 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
357 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
358 #endif
359
360 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
361
362 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
363 /*
364  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
365  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
366  * and we can permanently disable that path.
367  */
368 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
369
370 /*
371  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
372  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
373  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
374  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
375  *
376  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
377  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
378  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
379  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
380  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
381  * initialization is done, but this is not likely to happen.
382  */
383 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
384 {
385         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
386                 kasan_free_pages(page, order);
387 }
388
389 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
390 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
391 {
392         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
393
394         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
395                 return true;
396
397         return false;
398 }
399
400 /*
401  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
402  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
403  */
404 static bool __meminit
405 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
406 {
407         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
408
409         /*
410          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
411          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
412          */
413         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
414                 prev_end_pfn = end_pfn;
415                 nr_initialised = 0;
416         }
417
418         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
419         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
420                 return false;
421
422         /*
423          * We start only with one section of pages, more pages are added as
424          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
425          */
426         nr_initialised++;
427         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
428             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
429                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
430                 return true;
431         }
432         return false;
433 }
434 #else
435 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
436
437 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
438 {
439         return false;
440 }
441
442 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
443 {
444         return false;
445 }
446 #endif
447
448 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
449 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
450                                                         unsigned long pfn)
451 {
452 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
453         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
454 #else
455         return page_zone(page)->pageblock_flags;
456 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
457 }
458
459 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
460 {
461 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
462         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
463         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
464 #else
465         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
466         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
467 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
468 }
469
470 /**
471  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
472  * @page: The page within the block of interest
473  * @pfn: The target page frame number
474  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
475  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
476  *
477  * Return: pageblock_bits flags
478  */
479 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
480                                         unsigned long pfn,
481                                         unsigned long end_bitidx,
482                                         unsigned long mask)
483 {
484         unsigned long *bitmap;
485         unsigned long bitidx, word_bitidx;
486         unsigned long word;
487
488         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
489         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
490         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
491         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
492
493         word = bitmap[word_bitidx];
494         bitidx += end_bitidx;
495         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
496 }
497
498 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
499                                         unsigned long end_bitidx,
500                                         unsigned long mask)
501 {
502         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
503 }
504
505 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
506 {
507         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
508 }
509
510 /**
511  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
512  * @page: The page within the block of interest
513  * @flags: The flags to set
514  * @pfn: The target page frame number
515  * @end_bitidx: The last bit of interest
516  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
517  */
518 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
519                                         unsigned long pfn,
520                                         unsigned long end_bitidx,
521                                         unsigned long mask)
522 {
523         unsigned long *bitmap;
524         unsigned long bitidx, word_bitidx;
525         unsigned long old_word, word;
526
527         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
528         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
529
530         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
531         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
532         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
533         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
534
535         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
536
537         bitidx += end_bitidx;
538         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
539         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
540
541         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
542         for (;;) {
543                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
544                 if (word == old_word)
545                         break;
546                 word = old_word;
547         }
548 }
549
550 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
551 {
552         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
553                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
554                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
555
556         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
557                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
558 }
559
560 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
561 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
562 {
563         int ret = 0;
564         unsigned seq;
565         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
566         unsigned long sp, start_pfn;
567
568         do {
569                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
570                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
571                 sp = zone->spanned_pages;
572                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
573                         ret = 1;
574         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
575
576         if (ret)
577                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
578                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
579                         start_pfn, start_pfn + sp);
580
581         return ret;
582 }
583
584 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
585 {
586         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
587                 return 0;
588         if (zone != page_zone(page))
589                 return 0;
590
591         return 1;
592 }
593 /*
594  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
595  */
596 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
597 {
598         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
599                 return 1;
600         if (!page_is_consistent(zone, page))
601                 return 1;
602
603         return 0;
604 }
605 #else
606 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
607 {
608         return 0;
609 }
610 #endif
611
612 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
613                 unsigned long bad_flags)
614 {
615         static unsigned long resume;
616         static unsigned long nr_shown;
617         static unsigned long nr_unshown;
618
619         /*
620          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
621          * or allow a steady drip of one report per second.
622          */
623         if (nr_shown == 60) {
624                 if (time_before(jiffies, resume)) {
625                         nr_unshown++;
626                         goto out;
627                 }
628                 if (nr_unshown) {
629                         pr_alert(
630                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
631                                 nr_unshown);
632                         nr_unshown = 0;
633                 }
634                 nr_shown = 0;
635         }
636         if (nr_shown++ == 0)
637                 resume = jiffies + 60 * HZ;
638
639         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
640                 current->comm, page_to_pfn(page));
641         __dump_page(page, reason);
642         bad_flags &= page->flags;
643         if (bad_flags)
644                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
645                                                 bad_flags, &bad_flags);
646         dump_page_owner(page);
647
648         print_modules();
649         dump_stack();
650 out:
651         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
652         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
653         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
654 }
655
656 /*
657  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
658  *
659  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
660  *
661  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
662  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
663  *
664  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
665  * page destructors. See compound_page_dtors.
666  *
667  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
668  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
669  */
670
671 void free_compound_page(struct page *page)
672 {
673         mem_cgroup_uncharge(page);
674         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
675 }
676
677 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
678 {
679         int i;
680         int nr_pages = 1 << order;
681
682         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
683         set_compound_order(page, order);
684         __SetPageHead(page);
685         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
686                 struct page *p = page + i;
687                 set_page_count(p, 0);
688                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
689                 set_compound_head(p, page);
690         }
691         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
692 }
693
694 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
695 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
696
697 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
698                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
699 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
700 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
701 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
702
703 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
704
705 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
706 {
707         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
708 }
709 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
710
711 void init_debug_pagealloc(void)
712 {
713         if (!debug_pagealloc_enabled())
714                 return;
715
716         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
717
718         if (!debug_guardpage_minorder())
719                 return;
720
721         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
722 }
723
724 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
725 {
726         unsigned long res;
727
728         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
729                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
730                 return 0;
731         }
732         _debug_guardpage_minorder = res;
733         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
734         return 0;
735 }
736 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
737
738 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
739                                 unsigned int order, int migratetype)
740 {
741         if (!debug_guardpage_enabled())
742                 return false;
743
744         if (order >= debug_guardpage_minorder())
745                 return false;
746
747         __SetPageGuard(page);
748         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
749         set_page_private(page, order);
750         /* Guard pages are not available for any usage */
751         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
752
753         return true;
754 }
755
756 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
757                                 unsigned int order, int migratetype)
758 {
759         if (!debug_guardpage_enabled())
760                 return;
761
762         __ClearPageGuard(page);
763
764         set_page_private(page, 0);
765         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
766                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
767 }
768 #else
769 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
770                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
771 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
772                                 unsigned int order, int migratetype) {}
773 #endif
774
775 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
776 {
777         set_page_private(page, order);
778         __SetPageBuddy(page);
779 }
780
781 /*
782  * This function checks whether a page is free && is the buddy
783  * we can coalesce a page and its buddy if
784  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
785  * (b) the buddy is in the buddy system &&
786  * (c) a page and its buddy have the same order &&
787  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
788  *
789  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
790  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
791  *
792  * For recording page's order, we use page_private(page).
793  */
794 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
795                                                         unsigned int order)
796 {
797         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
798                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
799                         return 0;
800
801                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
802
803                 return 1;
804         }
805
806         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
807                 /*
808                  * zone check is done late to avoid uselessly
809                  * calculating zone/node ids for pages that could
810                  * never merge.
811                  */
812                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
813                         return 0;
814
815                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
816
817                 return 1;
818         }
819         return 0;
820 }
821
822 #ifdef CONFIG_COMPACTION
823 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
824 {
825         struct capture_control *capc = current->capture_control;
826
827         return capc &&
828                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
829                 !capc->page &&
830                 capc->cc->zone == zone &&
831                 capc->cc->direct_compaction ? capc : NULL;
832 }
833
834 static inline bool
835 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
836                    int order, int migratetype)
837 {
838         if (!capc || order != capc->cc->order)
839                 return false;
840
841         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
842         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
843             is_migrate_isolate(migratetype))
844                 return false;
845
846         /*
847          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
848          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
849          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
850          * have trouble finding a high-order free page.
851          */
852         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
853                 return false;
854
855         capc->page = page;
856         return true;
857 }
858
859 #else
860 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
861 {
862         return NULL;
863 }
864
865 static inline bool
866 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
867                    int order, int migratetype)
868 {
869         return false;
870 }
871 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
872
873 /*
874  * Freeing function for a buddy system allocator.
875  *
876  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
877  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
878  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
879  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
880  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
881  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
882  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
883  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
884  * parts of the VM system.
885  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
886  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
887  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
888  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
889  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
890  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
891  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
892  * triggers coalescing into a block of larger size.
893  *
894  * -- nyc
895  */
896
897 static inline void __free_one_page(struct page *page,
898                 unsigned long pfn,
899                 struct zone *zone, unsigned int order,
900                 int migratetype)
901 {
902         unsigned long combined_pfn;
903         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
904         struct page *buddy;
905         unsigned int max_order;
906         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
907
908         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
909
910         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
911         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
912
913         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
914         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
915                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
916
917         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
918         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
919
920 continue_merging:
921         while (order < max_order - 1) {
922                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
923                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
924                                                                 migratetype);
925                         return;
926                 }
927                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
928                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
929
930                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
931                         goto done_merging;
932                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
933                         goto done_merging;
934                 /*
935                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
936                  * merge with it and move up one order.
937                  */
938                 if (page_is_guard(buddy))
939                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
940                 else
941                         del_page_from_free_area(buddy, &zone->free_area[order]);
942                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
943                 page = page + (combined_pfn - pfn);
944                 pfn = combined_pfn;
945                 order++;
946         }
947         if (max_order < MAX_ORDER) {
948                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
949                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
950                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
951                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
952                  *
953                  * We don't want to hit this code for the more frequent
954                  * low-order merging.
955                  */
956                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
957                         int buddy_mt;
958
959                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
960                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
961                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
962
963                         if (migratetype != buddy_mt
964                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
965                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
966                                 goto done_merging;
967                 }
968                 max_order++;
969                 goto continue_merging;
970         }
971
972 done_merging:
973         set_page_order(page, order);
974
975         /*
976          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
977          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
978          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
979          * that is happening, add the free page to the tail of the list
980          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
981          * as a higher order page
982          */
983         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)
984                         && !is_shuffle_order(order)) {
985                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
986                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
987                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
988                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
989                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
990                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
991                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
992                         add_to_free_area_tail(page, &zone->free_area[order],
993                                               migratetype);
994                         return;
995                 }
996         }
997
998         if (is_shuffle_order(order))
999                 add_to_free_area_random(page, &zone->free_area[order],
1000                                 migratetype);
1001         else
1002                 add_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
1003
1004 }
1005
1006 /*
1007  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1008  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1009  * check if necessary.
1010  */
1011 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1012                                         unsigned long check_flags)
1013 {
1014         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1015                 return false;
1016
1017         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1018                         page_ref_count(page) |
1019 #ifdef CONFIG_MEMCG
1020                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1021 #endif
1022                         (page->flags & check_flags)))
1023                 return false;
1024
1025         return true;
1026 }
1027
1028 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
1029 {
1030         const char *bad_reason;
1031         unsigned long bad_flags;
1032
1033         bad_reason = NULL;
1034         bad_flags = 0;
1035
1036         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1037                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1038         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1039                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1040         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1041                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1042         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
1043                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1044                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
1045         }
1046 #ifdef CONFIG_MEMCG
1047         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1048                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1049 #endif
1050         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1051 }
1052
1053 static inline int free_pages_check(struct page *page)
1054 {
1055         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1056                 return 0;
1057
1058         /* Something has gone sideways, find it */
1059         free_pages_check_bad(page);
1060         return 1;
1061 }
1062
1063 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1064 {
1065         int ret = 1;
1066
1067         /*
1068          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1069          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1070          */
1071         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1072
1073         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1074                 ret = 0;
1075                 goto out;
1076         }
1077         switch (page - head_page) {
1078         case 1:
1079                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1080                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1081                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
1082                         goto out;
1083                 }
1084                 break;
1085         case 2:
1086                 /*
1087                  * the second tail page: ->mapping is
1088                  * deferred_list.next -- ignore value.
1089                  */
1090                 break;
1091         default:
1092                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1093                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
1094                         goto out;
1095                 }
1096                 break;
1097         }
1098         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1099                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
1100                 goto out;
1101         }
1102         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1103                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
1104                 goto out;
1105         }
1106         ret = 0;
1107 out:
1108         page->mapping = NULL;
1109         clear_compound_head(page);
1110         return ret;
1111 }
1112
1113 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1114 {
1115         int i;
1116
1117         for (i = 0; i < numpages; i++)
1118                 clear_highpage(page + i);
1119 }
1120
1121 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1122                                         unsigned int order, bool check_free)
1123 {
1124         int bad = 0;
1125
1126         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1127
1128         trace_mm_page_free(page, order);
1129
1130         /*
1131          * Check tail pages before head page information is cleared to
1132          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1133          */
1134         if (unlikely(order)) {
1135                 bool compound = PageCompound(page);
1136                 int i;
1137
1138                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1139
1140                 if (compound)
1141                         ClearPageDoubleMap(page);
1142                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1143                         if (compound)
1144                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1145                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1146                                 bad++;
1147                                 continue;
1148                         }
1149                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1150                 }
1151         }
1152         if (PageMappingFlags(page))
1153                 page->mapping = NULL;
1154         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1155                 __memcg_kmem_uncharge(page, order);
1156         if (check_free)
1157                 bad += free_pages_check(page);
1158         if (bad)
1159                 return false;
1160
1161         page_cpupid_reset_last(page);
1162         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1163         reset_page_owner(page, order);
1164
1165         if (!PageHighMem(page)) {
1166                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1167                                            PAGE_SIZE << order);
1168                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1169                                            PAGE_SIZE << order);
1170         }
1171         if (want_init_on_free())
1172                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1173
1174         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1175         /*
1176          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1177          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1178          * happen after this.
1179          */
1180         arch_free_page(page, order);
1181
1182         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1183                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1184
1185         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1186
1187         return true;
1188 }
1189
1190 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1191 /*
1192  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1193  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1194  * moved from pcp lists to free lists.
1195  */
1196 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1197 {
1198         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1199 }
1200
1201 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1202 {
1203         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1204                 return free_pages_check(page);
1205         else
1206                 return false;
1207 }
1208 #else
1209 /*
1210  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1211  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1212  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1213  * to the pcp lists.
1214  */
1215 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1216 {
1217         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1218                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1219         else
1220                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1221 }
1222
1223 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1224 {
1225         return free_pages_check(page);
1226 }
1227 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1228
1229 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1230 {
1231         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1232         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1233         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1234
1235         prefetch(buddy);
1236 }
1237
1238 /*
1239  * Frees a number of pages from the PCP lists
1240  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1241  * count is the number of pages to free.
1242  *
1243  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1244  * see if this freeing clears that state.
1245  *
1246  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1247  * pinned" detection logic.
1248  */
1249 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1250                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1251 {
1252         int migratetype = 0;
1253         int batch_free = 0;
1254         int prefetch_nr = 0;
1255         bool isolated_pageblocks;
1256         struct page *page, *tmp;
1257         LIST_HEAD(head);
1258
1259         while (count) {
1260                 struct list_head *list;
1261
1262                 /*
1263                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1264                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1265                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1266                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1267                  * lists
1268                  */
1269                 do {
1270                         batch_free++;
1271                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1272                                 migratetype = 0;
1273                         list = &pcp->lists[migratetype];
1274                 } while (list_empty(list));
1275
1276                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1277                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1278                         batch_free = count;
1279
1280                 do {
1281                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1282                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1283                         list_del(&page->lru);
1284                         pcp->count--;
1285
1286                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1287                                 continue;
1288
1289                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1290
1291                         /*
1292                          * We are going to put the page back to the global
1293                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1294                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1295                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1296                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1297                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1298                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1299                          */
1300                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1301                                 prefetch_buddy(page);
1302                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1303         }
1304
1305         spin_lock(&zone->lock);
1306         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1307
1308         /*
1309          * Use safe version since after __free_one_page(),
1310          * page->lru.next will not point to original list.
1311          */
1312         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1313                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1314                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1315                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1316                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1317                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1318                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1319
1320                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1321                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1322         }
1323         spin_unlock(&zone->lock);
1324 }
1325
1326 static void free_one_page(struct zone *zone,
1327                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1328                                 unsigned int order,
1329                                 int migratetype)
1330 {
1331         spin_lock(&zone->lock);
1332         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1333                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1334                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1335         }
1336         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1337         spin_unlock(&zone->lock);
1338 }
1339
1340 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1341                                 unsigned long zone, int nid)
1342 {
1343         mm_zero_struct_page(page);
1344         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1345         init_page_count(page);
1346         page_mapcount_reset(page);
1347         page_cpupid_reset_last(page);
1348         page_kasan_tag_reset(page);
1349
1350         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1351 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1352         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1353         if (!is_highmem_idx(zone))
1354                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1355 #endif
1356 }
1357
1358 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1359 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1360 {
1361         pg_data_t *pgdat;
1362         int nid, zid;
1363
1364         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1365                 return;
1366
1367         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1368         pgdat = NODE_DATA(nid);
1369
1370         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1371                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1372
1373                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1374                         break;
1375         }
1376         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1377 }
1378 #else
1379 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1380 {
1381 }
1382 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1383
1384 /*
1385  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1386  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1387  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1388  * sent to the buddy page allocator.
1389  */
1390 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1391 {
1392         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1393         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1394
1395         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1396                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1397                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1398
1399                         init_reserved_page(start_pfn);
1400
1401                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1402                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1403
1404                         /*
1405                          * no need for atomic set_bit because the struct
1406                          * page is not visible yet so nobody should
1407                          * access it yet.
1408                          */
1409                         __SetPageReserved(page);
1410                 }
1411         }
1412 }
1413
1414 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1415 {
1416         unsigned long flags;
1417         int migratetype;
1418         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1419
1420         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1421                 return;
1422
1423         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1424         local_irq_save(flags);
1425         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1426         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1427         local_irq_restore(flags);
1428 }
1429
1430 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1431 {
1432         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1433         struct page *p = page;
1434         unsigned int loop;
1435
1436         prefetchw(p);
1437         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1438                 prefetchw(p + 1);
1439                 __ClearPageReserved(p);
1440                 set_page_count(p, 0);
1441         }
1442         __ClearPageReserved(p);
1443         set_page_count(p, 0);
1444
1445         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1446         set_page_refcounted(page);
1447         __free_pages(page, order);
1448 }
1449
1450 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1451         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1452
1453 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1454
1455 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1456 {
1457         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1458         int nid;
1459
1460         spin_lock(&early_pfn_lock);
1461         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1462         if (nid < 0)
1463                 nid = first_online_node;
1464         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1465
1466         return nid;
1467 }
1468 #endif
1469
1470 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1471 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1472 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1473 {
1474         int nid;
1475
1476         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1477         if (nid >= 0 && nid != node)
1478                 return false;
1479         return true;
1480 }
1481
1482 #else
1483 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1484 {
1485         return true;
1486 }
1487 #endif
1488
1489
1490 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1491                                                         unsigned int order)
1492 {
1493         if (early_page_uninitialised(pfn))
1494                 return;
1495         __free_pages_core(page, order);
1496 }
1497
1498 /*
1499  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1500  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1501  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1502  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1503  * pageblocks.
1504  *
1505  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1506  *
1507  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1508  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1509  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1510  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1511  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1512  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1513  * page in a pageblock.
1514  */
1515 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1516                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1517 {
1518         struct page *start_page;
1519         struct page *end_page;
1520
1521         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1522         end_pfn--;
1523
1524         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1525                 return NULL;
1526
1527         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1528         if (!start_page)
1529                 return NULL;
1530
1531         if (page_zone(start_page) != zone)
1532                 return NULL;
1533
1534         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1535
1536         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1537         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1538                 return NULL;
1539
1540         return start_page;
1541 }
1542
1543 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1544 {
1545         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1546         unsigned long block_end_pfn;
1547
1548         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1549         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1550                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1551                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1552
1553                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1554
1555                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1556                                              block_end_pfn, zone))
1557                         return;
1558         }
1559
1560         /* We confirm that there is no hole */
1561         zone->contiguous = true;
1562 }
1563
1564 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1565 {
1566         zone->contiguous = false;
1567 }
1568
1569 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1570 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1571                                        unsigned long nr_pages)
1572 {
1573         struct page *page;
1574         unsigned long i;
1575
1576         if (!nr_pages)
1577                 return;
1578
1579         page = pfn_to_page(pfn);
1580
1581         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1582         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1583             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1584                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1585                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1586                 return;
1587         }
1588
1589         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1590                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1591                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1592                 __free_pages_core(page, 0);
1593         }
1594 }
1595
1596 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1597 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1598 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1599
1600 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1601 {
1602         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1603                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1604 }
1605
1606 /*
1607  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1608  *
1609  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1610  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1611  * function is optimized out.
1612  *
1613  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1614  * of the head pfn.
1615  */
1616 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1617 {
1618         if (!pfn_valid_within(pfn))
1619                 return false;
1620         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1621                 return false;
1622         return true;
1623 }
1624
1625 /*
1626  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1627  * pageblock_nr_pages sizes.
1628  */
1629 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1630                                        unsigned long end_pfn)
1631 {
1632         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1633         unsigned long nr_free = 0;
1634
1635         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1636                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1637                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1638                         nr_free = 0;
1639                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1640                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1641                         nr_free = 1;
1642                         touch_nmi_watchdog();
1643                 } else {
1644                         nr_free++;
1645                 }
1646         }
1647         /* Free the last block of pages to allocator */
1648         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1649 }
1650
1651 /*
1652  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1653  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1654  * Return number of pages initialized.
1655  */
1656 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1657                                                  unsigned long pfn,
1658                                                  unsigned long end_pfn)
1659 {
1660         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1661         int nid = zone_to_nid(zone);
1662         unsigned long nr_pages = 0;
1663         int zid = zone_idx(zone);
1664         struct page *page = NULL;
1665
1666         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1667                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1668                         page = NULL;
1669                         continue;
1670                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1671                         page = pfn_to_page(pfn);
1672                         touch_nmi_watchdog();
1673                 } else {
1674                         page++;
1675                 }
1676                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1677                 nr_pages++;
1678         }
1679         return (nr_pages);
1680 }
1681
1682 /*
1683  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1684  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1685  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1686  * return false indicating there are no valid ranges left.
1687  */
1688 static bool __init
1689 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1690                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1691                                     unsigned long first_init_pfn)
1692 {
1693         u64 j;
1694
1695         /*
1696          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1697          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1698          * so we just need to flush them out of the system.
1699          */
1700         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1701                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1702                         continue;
1703                 if (*spfn < first_init_pfn)
1704                         *spfn = first_init_pfn;
1705                 *i = j;
1706                 return true;
1707         }
1708
1709         return false;
1710 }
1711
1712 /*
1713  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1714  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1715  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1716  * page in __free_one_page()).
1717  *
1718  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1719  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1720  * any issues with the buddy page computation.
1721  */
1722 static unsigned long __init
1723 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1724                        unsigned long *end_pfn)
1725 {
1726         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1727         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1728         unsigned long nr_pages = 0;
1729         u64 j = *i;
1730
1731         /* First we loop through and initialize the page values */
1732         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1733                 unsigned long t;
1734
1735                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1736                         break;
1737
1738                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1739                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1740
1741                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1742                         *start_pfn = mo_pfn;
1743                         break;
1744                 }
1745         }
1746
1747         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1748         swap(j, *i);
1749
1750         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1751                 unsigned long t;
1752
1753                 if (mo_pfn <= spfn)
1754                         break;
1755
1756                 t = min(mo_pfn, epfn);
1757                 deferred_free_pages(spfn, t);
1758
1759                 if (mo_pfn <= epfn)
1760                         break;
1761         }
1762
1763         return nr_pages;
1764 }
1765
1766 /* Initialise remaining memory on a node */
1767 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1768 {
1769         pg_data_t *pgdat = data;
1770         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1771         unsigned long spfn = 0, epfn = 0, nr_pages = 0;
1772         unsigned long first_init_pfn, flags;
1773         unsigned long start = jiffies;
1774         struct zone *zone;
1775         int zid;
1776         u64 i;
1777
1778         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1779         if (!cpumask_empty(cpumask))
1780                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1781
1782         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1783         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1784         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1785                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1786                 pgdat_init_report_one_done();
1787                 return 0;
1788         }
1789
1790         /* Sanity check boundaries */
1791         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1792         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1793         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1794
1795         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1796         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1797                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1798                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1799                         break;
1800         }
1801
1802         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1803         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1804                                                  first_init_pfn))
1805                 goto zone_empty;
1806
1807         /*
1808          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1809          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1810          * allocator.
1811          */
1812         while (spfn < epfn)
1813                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1814 zone_empty:
1815         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1816
1817         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1818         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1819
1820         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n",
1821                 pgdat->node_id, nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1822
1823         pgdat_init_report_one_done();
1824         return 0;
1825 }
1826
1827 /*
1828  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1829  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1830  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1831  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1832  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1833  *
1834  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1835  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1836  * enough pages to satisfy the allocation.
1837  *
1838  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1839  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1840  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1841  */
1842 static noinline bool __init
1843 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1844 {
1845         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1846         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1847         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1848         unsigned long spfn, epfn, flags;
1849         unsigned long nr_pages = 0;
1850         u64 i;
1851
1852         /* Only the last zone may have deferred pages */
1853         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1854                 return false;
1855
1856         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1857
1858         /*
1859          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1860          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1861          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1862          * has this static branch.
1863          */
1864         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1865                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1866                 return true;
1867         }
1868
1869         /*
1870          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1871          * true, as there might be enough pages already.
1872          */
1873         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1874                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1875                 return true;
1876         }
1877
1878         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1879         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1880                                                  first_deferred_pfn)) {
1881                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1882                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1883                 /* Retry only once. */
1884                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1885         }
1886
1887         /*
1888          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1889          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1890          * allocator.
1891          */
1892         while (spfn < epfn) {
1893                 /* update our first deferred PFN for this section */
1894                 first_deferred_pfn = spfn;
1895
1896                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1897
1898                 /* We should only stop along section boundaries */
1899                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1900                         continue;
1901
1902                 /* If our quota has been met we can stop here */
1903                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1904                         break;
1905         }
1906
1907         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1908         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1909
1910         return nr_pages > 0;
1911 }
1912
1913 /*
1914  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1915  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1916  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1917  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1918  */
1919 static bool __ref
1920 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1921 {
1922         return deferred_grow_zone(zone, order);
1923 }
1924
1925 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1926
1927 void __init page_alloc_init_late(void)
1928 {
1929         struct zone *zone;
1930         int nid;
1931
1932 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1933
1934         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1935         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1936         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1937                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1938         }
1939
1940         /* Block until all are initialised */
1941         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1942
1943         /*
1944          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
1945          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
1946          * will be artificially small.
1947          */
1948         for_each_populated_zone(zone)
1949                 zone_pcp_update(zone);
1950
1951         /*
1952          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1953          * on-demand struct page initialization.
1954          */
1955         static_branch_disable(&deferred_pages);
1956
1957         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1958         files_maxfiles_init();
1959 #endif
1960
1961         /* Discard memblock private memory */
1962         memblock_discard();
1963
1964         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
1965                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
1966
1967         for_each_populated_zone(zone)
1968                 set_zone_contiguous(zone);
1969 }
1970
1971 #ifdef CONFIG_CMA
1972 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1973 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1974 {
1975         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1976         struct page *p = page;
1977
1978         do {
1979                 __ClearPageReserved(p);
1980                 set_page_count(p, 0);
1981         } while (++p, --i);
1982
1983         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1984
1985         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1986                 i = pageblock_nr_pages;
1987                 p = page;
1988                 do {
1989                         set_page_refcounted(p);
1990                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1991                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1992                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1993         } else {
1994                 set_page_refcounted(page);
1995                 __free_pages(page, pageblock_order);
1996         }
1997
1998         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1999 }
2000 #endif
2001
2002 /*
2003  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2004  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2005  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2006  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2007  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2008  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2009  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2010  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2011  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2012  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2013  *
2014  * -- nyc
2015  */
2016 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2017         int low, int high, struct free_area *area,
2018         int migratetype)
2019 {
2020         unsigned long size = 1 << high;
2021
2022         while (high > low) {
2023                 area--;
2024                 high--;
2025                 size >>= 1;
2026                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2027
2028                 /*
2029                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2030                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2031                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2032                  * pages will stay not present in virtual address space
2033                  */
2034                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2035                         continue;
2036
2037                 add_to_free_area(&page[size], area, migratetype);
2038                 set_page_order(&page[size], high);
2039         }
2040 }
2041
2042 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2043 {
2044         const char *bad_reason = NULL;
2045         unsigned long bad_flags = 0;
2046
2047         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
2048                 bad_reason = "nonzero mapcount";
2049         if (unlikely(page->mapping != NULL))
2050                 bad_reason = "non-NULL mapping";
2051         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
2052                 bad_reason = "nonzero _refcount";
2053         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2054                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
2055                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
2056                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2057                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2058                 return;
2059         }
2060         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
2061                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
2062                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
2063         }
2064 #ifdef CONFIG_MEMCG
2065         if (unlikely(page->mem_cgroup))
2066                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
2067 #endif
2068         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
2069 }
2070
2071 /*
2072  * This page is about to be returned from the page allocator
2073  */
2074 static inline int check_new_page(struct page *page)
2075 {
2076         if (likely(page_expected_state(page,
2077                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2078                 return 0;
2079
2080         check_new_page_bad(page);
2081         return 1;
2082 }
2083
2084 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2085 {
2086         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2087                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2088 }
2089
2090 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2091 /*
2092  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2093  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2094  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2095  */
2096 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2097 {
2098         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2099                 return check_new_page(page);
2100         else
2101                 return false;
2102 }
2103
2104 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2105 {
2106         return check_new_page(page);
2107 }
2108 #else
2109 /*
2110  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2111  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2112  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2113  */
2114 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2115 {
2116         return check_new_page(page);
2117 }
2118 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2119 {
2120         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2121                 return check_new_page(page);
2122         else
2123                 return false;
2124 }
2125 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2126
2127 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2128 {
2129         int i;
2130         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2131                 struct page *p = page + i;
2132
2133                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2134                         return true;
2135         }
2136
2137         return false;
2138 }
2139
2140 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2141                                 gfp_t gfp_flags)
2142 {
2143         set_page_private(page, 0);
2144         set_page_refcounted(page);
2145
2146         arch_alloc_page(page, order);
2147         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2148                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2149         kasan_alloc_pages(page, order);
2150         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2151         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2152 }
2153
2154 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2155                                                         unsigned int alloc_flags)
2156 {
2157         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2158
2159         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2160                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2161
2162         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2163                 prep_compound_page(page, order);
2164
2165         /*
2166          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2167          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2168          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2169          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2170          */
2171         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2172                 set_page_pfmemalloc(page);
2173         else
2174                 clear_page_pfmemalloc(page);
2175 }
2176
2177 /*
2178  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2179  * the smallest available page from the freelists
2180  */
2181 static __always_inline
2182 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2183                                                 int migratetype)
2184 {
2185         unsigned int current_order;
2186         struct free_area *area;
2187         struct page *page;
2188
2189         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2190         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2191                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2192                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2193                 if (!page)
2194                         continue;
2195                 del_page_from_free_area(page, area);
2196                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
2197                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2198                 return page;
2199         }
2200
2201         return NULL;
2202 }
2203
2204
2205 /*
2206  * This array describes the order lists are fallen back to when
2207  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2208  */
2209 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2210         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2211         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2212         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2213 #ifdef CONFIG_CMA
2214         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2215 #endif
2216 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2217         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2218 #endif
2219 };
2220
2221 #ifdef CONFIG_CMA
2222 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2223                                         unsigned int order)
2224 {
2225         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2226 }
2227 #else
2228 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2229                                         unsigned int order) { return NULL; }
2230 #endif
2231
2232 /*
2233  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2234  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2235  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2236  */
2237 static int move_freepages(struct zone *zone,
2238                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2239                           int migratetype, int *num_movable)
2240 {
2241         struct page *page;
2242         unsigned int order;
2243         int pages_moved = 0;
2244
2245         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2246                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2247                         page++;
2248                         continue;
2249                 }
2250
2251                 if (!PageBuddy(page)) {
2252                         /*
2253                          * We assume that pages that could be isolated for
2254                          * migration are movable. But we don't actually try
2255                          * isolating, as that would be expensive.
2256                          */
2257                         if (num_movable &&
2258                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2259                                 (*num_movable)++;
2260
2261                         page++;
2262                         continue;
2263                 }
2264
2265                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2266                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2267                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2268
2269                 order = page_order(page);
2270                 move_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
2271                 page += 1 << order;
2272                 pages_moved += 1 << order;
2273         }
2274
2275         return pages_moved;
2276 }
2277
2278 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2279                                 int migratetype, int *num_movable)
2280 {
2281         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2282         struct page *start_page, *end_page;
2283
2284         if (num_movable)
2285                 *num_movable = 0;
2286
2287         start_pfn = page_to_pfn(page);
2288         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2289         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2290         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2291         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2292
2293         /* Do not cross zone boundaries */
2294         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2295                 start_page = page;
2296         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2297                 return 0;
2298
2299         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2300                                                                 num_movable);
2301 }
2302
2303 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2304                                         int start_order, int migratetype)
2305 {
2306         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2307
2308         while (nr_pageblocks--) {
2309                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2310                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2311         }
2312 }
2313
2314 /*
2315  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2316  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2317  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2318  *
2319  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2320  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2321  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2322  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2323  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2324  * pageblocks.
2325  */
2326 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2327 {
2328         /*
2329          * Leaving this order check is intended, although there is
2330          * relaxed order check in next check. The reason is that
2331          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2332          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2333          * so could be changed anytime.
2334          */
2335         if (order >= pageblock_order)
2336                 return true;
2337
2338         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2339                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2340                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2341                 page_group_by_mobility_disabled)
2342                 return true;
2343
2344         return false;
2345 }
2346
2347 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2348 {
2349         unsigned long max_boost;
2350
2351         if (!watermark_boost_factor)
2352                 return;
2353
2354         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2355                         watermark_boost_factor, 10000);
2356
2357         /*
2358          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2359          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2360          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2361          * allocations that early means that reclaim is not going
2362          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2363          * boosted watermark resulting in a hang.
2364          */
2365         if (!max_boost)
2366                 return;
2367
2368         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2369
2370         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2371                 max_boost);
2372 }
2373
2374 /*
2375  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2376  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2377  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2378  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2379  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2380  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2381  */
2382 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2383                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2384 {
2385         unsigned int current_order = page_order(page);
2386         struct free_area *area;
2387         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2388         int old_block_type;
2389
2390         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2391
2392         /*
2393          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2394          * highatomic accounting.
2395          */
2396         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2397                 goto single_page;
2398
2399         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2400         if (current_order >= pageblock_order) {
2401                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2402                 goto single_page;
2403         }
2404
2405         /*
2406          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2407          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2408          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2409          */
2410         boost_watermark(zone);
2411         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2412                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2413
2414         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2415         if (!whole_block)
2416                 goto single_page;
2417
2418         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2419                                                 &movable_pages);
2420         /*
2421          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2422          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2423          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2424          */
2425         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2426                 alike_pages = movable_pages;
2427         } else {
2428                 /*
2429                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2430                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2431                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2432                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2433                  * exact migratetype of non-movable pages.
2434                  */
2435                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2436                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2437                                                 - (free_pages + movable_pages);
2438                 else
2439                         alike_pages = 0;
2440         }
2441
2442         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2443         if (!free_pages)
2444                 goto single_page;
2445
2446         /*
2447          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2448          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2449          */
2450         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2451                         page_group_by_mobility_disabled)
2452                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2453
2454         return;
2455
2456 single_page:
2457         area = &zone->free_area[current_order];
2458         move_to_free_area(page, area, start_type);
2459 }
2460
2461 /*
2462  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2463  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2464  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2465  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2466  */
2467 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2468                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2469 {
2470         int i;
2471         int fallback_mt;
2472
2473         if (area->nr_free == 0)
2474                 return -1;
2475
2476         *can_steal = false;
2477         for (i = 0;; i++) {
2478                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2479                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2480                         break;
2481
2482                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2483                         continue;
2484
2485                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2486                         *can_steal = true;
2487
2488                 if (!only_stealable)
2489                         return fallback_mt;
2490
2491                 if (*can_steal)
2492                         return fallback_mt;
2493         }
2494
2495         return -1;
2496 }
2497
2498 /*
2499  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2500  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2501  */
2502 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2503                                 unsigned int alloc_order)
2504 {
2505         int mt;
2506         unsigned long max_managed, flags;
2507
2508         /*
2509          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2510          * Check is race-prone but harmless.
2511          */
2512         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2513         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2514                 return;
2515
2516         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2517
2518         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2519         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2520                 goto out_unlock;
2521
2522         /* Yoink! */
2523         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2524         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2525             && !is_migrate_cma(mt)) {
2526                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2527                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2528                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2529         }
2530
2531 out_unlock:
2532         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2533 }
2534
2535 /*
2536  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2537  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2538  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2539  * to recover from than an OOM.
2540  *
2541  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2542  * pageblock is exhausted.
2543  */
2544 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2545                                                 bool force)
2546 {
2547         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2548         unsigned long flags;
2549         struct zoneref *z;
2550         struct zone *zone;
2551         struct page *page;
2552         int order;
2553         bool ret;
2554
2555         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2556                                                                 ac->nodemask) {
2557                 /*
2558                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2559                  * is really high.
2560                  */
2561                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2562                                         pageblock_nr_pages)
2563                         continue;
2564
2565                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2566                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2567                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2568
2569                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2570                         if (!page)
2571                                 continue;
2572
2573                         /*
2574                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2575                          * we can counter several free pages in a pageblock
2576                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2577                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2578                          * adjust the count once.
2579                          */
2580                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2581                                 /*
2582                                  * It should never happen but changes to
2583                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2584                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2585                                  * while unreserving so be safe and watch for
2586                                  * underflows.
2587                                  */
2588                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2589                                                 pageblock_nr_pages,
2590                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2591                         }
2592
2593                         /*
2594                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2595                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2596                          * is doing the work and needs the pages. More
2597                          * importantly, if the block was always converted to
2598                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2599                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2600                          * may increase.
2601                          */
2602                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2603                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2604                                                                         NULL);
2605                         if (ret) {
2606                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2607                                 return ret;
2608                         }
2609                 }
2610                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2611         }
2612
2613         return false;
2614 }
2615
2616 /*
2617  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2618  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2619  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2620  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2621  *
2622  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2623  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2624  * condition simpler.
2625  */
2626 static __always_inline bool
2627 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2628                                                 unsigned int alloc_flags)
2629 {
2630         struct free_area *area;
2631         int current_order;
2632         int min_order = order;
2633         struct page *page;
2634         int fallback_mt;
2635         bool can_steal;
2636
2637         /*
2638          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2639          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2640          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2641          */
2642         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2643                 min_order = pageblock_order;
2644
2645         /*
2646          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2647          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2648          * would be too costly to do exactly.
2649          */
2650         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2651                                 --current_order) {
2652                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2653                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2654                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2655                 if (fallback_mt == -1)
2656                         continue;
2657
2658                 /*
2659                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2660                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2661                  * steal and split the smallest available page instead of the
2662                  * largest available page, because even if the next movable
2663                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2664                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2665                  */
2666                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2667                                         && current_order > order)
2668                         goto find_smallest;
2669
2670                 goto do_steal;
2671         }
2672
2673         return false;
2674
2675 find_smallest:
2676         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2677                                                         current_order++) {
2678                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2679                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2680                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2681                 if (fallback_mt != -1)
2682                         break;
2683         }
2684
2685         /*
2686          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2687          * when looking for the largest page.
2688          */
2689         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2690
2691 do_steal:
2692         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2693
2694         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2695                                                                 can_steal);
2696
2697         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2698                 start_migratetype, fallback_mt);
2699
2700         return true;
2701
2702 }
2703
2704 /*
2705  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2706  * Call me with the zone->lock already held.
2707  */
2708 static __always_inline struct page *
2709 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2710                                                 unsigned int alloc_flags)
2711 {
2712         struct page *page;
2713
2714 retry:
2715         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2716         if (unlikely(!page)) {
2717                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2718                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2719
2720                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2721                                                                 alloc_flags))
2722                         goto retry;
2723         }
2724
2725         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2726         return page;
2727 }
2728
2729 /*
2730  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2731  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2732  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2733  */
2734 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2735                         unsigned long count, struct list_head *list,
2736                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2737 {
2738         int i, alloced = 0;
2739
2740         spin_lock(&zone->lock);
2741         for (i = 0; i < count; ++i) {
2742                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2743                                                                 alloc_flags);
2744                 if (unlikely(page == NULL))
2745                         break;
2746
2747                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2748                         continue;
2749
2750                 /*
2751                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2752                  * physical page order. The page is added to the tail of
2753                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2754                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2755                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2756                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2757                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2758                  * pages are ordered properly.
2759                  */
2760                 list_add_tail(&page->lru, list);
2761                 alloced++;
2762                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2763                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2764                                               -(1 << order));
2765         }
2766
2767         /*
2768          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2769          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2770          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2771          * pages added to the pcp list.
2772          */
2773         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2774         spin_unlock(&zone->lock);
2775         return alloced;
2776 }
2777
2778 #ifdef CONFIG_NUMA
2779 /*
2780  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2781  * currently executing processor on remote nodes after they have
2782  * expired.
2783  *
2784  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2785  * a single processor.
2786  */
2787 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2788 {
2789         unsigned long flags;
2790         int to_drain, batch;
2791
2792         local_irq_save(flags);
2793         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2794         to_drain = min(pcp->count, batch);
2795         if (to_drain > 0)
2796                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2797         local_irq_restore(flags);
2798 }
2799 #endif
2800
2801 /*
2802  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2803  *
2804  * The processor must either be the current processor and the
2805  * thread pinned to the current processor or a processor that
2806  * is not online.
2807  */
2808 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2809 {
2810         unsigned long flags;
2811         struct per_cpu_pageset *pset;
2812         struct per_cpu_pages *pcp;
2813
2814         local_irq_save(flags);
2815         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2816
2817         pcp = &pset->pcp;
2818         if (pcp->count)
2819                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2820         local_irq_restore(flags);
2821 }
2822
2823 /*
2824  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2825  *
2826  * The processor must either be the current processor and the
2827  * thread pinned to the current processor or a processor that
2828  * is not online.
2829  */
2830 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2831 {
2832         struct zone *zone;
2833
2834         for_each_populated_zone(zone) {
2835                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2836         }
2837 }
2838
2839 /*
2840  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2841  *
2842  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2843  * the single zone's pages.
2844  */
2845 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2846 {
2847         int cpu = smp_processor_id();
2848
2849         if (zone)
2850                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2851         else
2852                 drain_pages(cpu);
2853 }
2854
2855 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2856 {
2857         struct pcpu_drain *drain;
2858
2859         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2860
2861         /*
2862          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2863          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2864          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2865          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2866          * a different one.
2867          */
2868         preempt_disable();
2869         drain_local_pages(drain->zone);
2870         preempt_enable();
2871 }
2872
2873 /*
2874  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2875  *
2876  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2877  *
2878  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2879  */
2880 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2881 {
2882         int cpu;
2883
2884         /*
2885          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2886          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2887          */
2888         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2889
2890         /*
2891          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2892          * initialized.
2893          */
2894         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2895                 return;
2896
2897         /*
2898          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2899          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2900          * the drain to be complete when the call returns.
2901          */
2902         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2903                 if (!zone)
2904                         return;
2905                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2906         }
2907
2908         /*
2909          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2910          * as offline notification will cause the notified
2911          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2912          * disables preemption as part of its processing
2913          */
2914         for_each_online_cpu(cpu) {
2915                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2916                 struct zone *z;
2917                 bool has_pcps = false;
2918
2919                 if (zone) {
2920                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2921                         if (pcp->pcp.count)
2922                                 has_pcps = true;
2923                 } else {
2924                         for_each_populated_zone(z) {
2925                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2926                                 if (pcp->pcp.count) {
2927                                         has_pcps = true;
2928                                         break;
2929                                 }
2930                         }
2931                 }
2932
2933                 if (has_pcps)
2934                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2935                 else
2936                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2937         }
2938
2939         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2940                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2941
2942                 drain->zone = zone;
2943                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
2944                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
2945         }
2946         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2947                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
2948
2949         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2950 }
2951
2952 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2953
2954 /*
2955  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2956  */
2957 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2958
2959 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2960 {
2961         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2962         unsigned long flags;
2963         unsigned int order, t;
2964         struct page *page;
2965
2966         if (zone_is_empty(zone))
2967                 return;
2968
2969         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2970
2971         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2972         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2973                 if (pfn_valid(pfn)) {
2974                         page = pfn_to_page(pfn);
2975
2976                         if (!--page_count) {
2977                                 touch_nmi_watchdog();
2978                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2979                         }
2980
2981                         if (page_zone(page) != zone)
2982                                 continue;
2983
2984                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2985                                 swsusp_unset_page_free(page);
2986                 }
2987
2988         for_each_migratetype_order(order, t) {
2989                 list_for_each_entry(page,
2990                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2991                         unsigned long i;
2992
2993                         pfn = page_to_pfn(page);
2994                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2995                                 if (!--page_count) {
2996                                         touch_nmi_watchdog();
2997                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2998                                 }
2999                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3000                         }
3001                 }
3002         }
3003         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3004 }
3005 #endif /* CONFIG_PM */
3006
3007 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3008 {
3009         int migratetype;
3010
3011         if (!free_pcp_prepare(page))
3012                 return false;
3013
3014         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3015         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3016         return true;
3017 }
3018
3019 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3020 {
3021         struct zone *zone = page_zone(page);
3022         struct per_cpu_pages *pcp;
3023         int migratetype;
3024
3025         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3026         __count_vm_event(PGFREE);
3027
3028         /*
3029          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3030          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3031          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3032          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3033          * excessively into the page allocator
3034          */
3035         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3036                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3037                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
3038                         return;
3039                 }
3040                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3041         }
3042
3043         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3044         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3045         pcp->count++;
3046         if (pcp->count >= pcp->high) {
3047                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3048                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3049         }
3050 }
3051
3052 /*
3053  * Free a 0-order page
3054  */
3055 void free_unref_page(struct page *page)
3056 {
3057         unsigned long flags;
3058         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3059
3060         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3061                 return;
3062
3063         local_irq_save(flags);
3064         free_unref_page_commit(page, pfn);
3065         local_irq_restore(flags);
3066 }
3067
3068 /*
3069  * Free a list of 0-order pages
3070  */
3071 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3072 {
3073         struct page *page, *next;
3074         unsigned long flags, pfn;
3075         int batch_count = 0;
3076
3077         /* Prepare pages for freeing */
3078         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3079                 pfn = page_to_pfn(page);
3080                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3081                         list_del(&page->lru);
3082                 set_page_private(page, pfn);
3083         }
3084
3085         local_irq_save(flags);
3086         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3087                 unsigned long pfn = page_private(page);
3088
3089                 set_page_private(page, 0);
3090                 trace_mm_page_free_batched(page);
3091                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3092
3093                 /*
3094                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3095                  * a large list of pages to free.
3096                  */
3097                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3098                         local_irq_restore(flags);
3099                         batch_count = 0;
3100                         local_irq_save(flags);
3101                 }
3102         }
3103         local_irq_restore(flags);
3104 }
3105
3106 /*
3107  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3108  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3109  * Each sub-page must be freed individually.
3110  *
3111  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3112  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3113  */
3114 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3115 {
3116         int i;
3117
3118         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3119         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3120
3121         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3122                 set_page_refcounted(page + i);
3123         split_page_owner(page, order);
3124 }
3125 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3126
3127 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3128 {
3129         struct free_area *area = &page_zone(page)->free_area[order];
3130         unsigned long watermark;
3131         struct zone *zone;
3132         int mt;
3133
3134         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3135
3136         zone = page_zone(page);
3137         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3138
3139         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3140                 /*
3141                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3142                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3143                  * watermark, because we already know our high-order page
3144                  * exists.
3145                  */
3146                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3147                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3148                         return 0;
3149
3150                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3151         }
3152
3153         /* Remove page from free list */
3154
3155         del_page_from_free_area(page, area);
3156
3157         /*
3158          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3159          * pageblock
3160          */
3161         if (order >= pageblock_order - 1) {
3162                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3163                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3164                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3165                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3166                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3167                                 set_pageblock_migratetype(page,
3168                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3169                 }
3170         }
3171
3172
3173         return 1UL << order;
3174 }
3175
3176 /*
3177  * Update NUMA hit/miss statistics
3178  *
3179  * Must be called with interrupts disabled.
3180  */
3181 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3182 {
3183 #ifdef CONFIG_NUMA
3184         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3185
3186         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3187         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3188                 return;
3189
3190         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3191                 local_stat = NUMA_OTHER;
3192
3193         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3194                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3195         else {
3196                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3197                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3198         }
3199         __inc_numa_state(z, local_stat);
3200 #endif
3201 }
3202
3203 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3204 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3205                         unsigned int alloc_flags,
3206                         struct per_cpu_pages *pcp,
3207                         struct list_head *list)
3208 {
3209         struct page *page;
3210
3211         do {
3212                 if (list_empty(list)) {
3213                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3214                                         pcp->batch, list,
3215                                         migratetype, alloc_flags);
3216                         if (unlikely(list_empty(list)))
3217                                 return NULL;
3218                 }
3219
3220                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3221                 list_del(&page->lru);
3222                 pcp->count--;
3223         } while (check_new_pcp(page));
3224
3225         return page;
3226 }
3227
3228 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3229 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3230                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3231                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3232 {
3233         struct per_cpu_pages *pcp;
3234         struct list_head *list;
3235         struct page *page;
3236         unsigned long flags;
3237
3238         local_irq_save(flags);
3239         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3240         list = &pcp->lists[migratetype];
3241         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3242         if (page) {
3243                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3244                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3245         }
3246         local_irq_restore(flags);
3247         return page;
3248 }
3249
3250 /*
3251  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3252  */
3253 static inline
3254 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3255                         struct zone *zone, unsigned int order,
3256                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3257                         int migratetype)
3258 {
3259         unsigned long flags;
3260         struct page *page;
3261
3262         if (likely(order == 0)) {
3263                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3264                                         migratetype, alloc_flags);
3265                 goto out;
3266         }
3267
3268         /*
3269          * We most definitely don't want callers attempting to
3270          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3271          */
3272         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3273         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3274
3275         do {
3276                 page = NULL;
3277                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3278                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3279                         if (page)
3280                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3281                 }
3282                 if (!page)
3283                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3284         } while (page && check_new_pages(page, order));
3285         spin_unlock(&zone->lock);
3286         if (!page)
3287                 goto failed;
3288         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3289                                   get_pcppage_migratetype(page));
3290
3291         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3292         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3293         local_irq_restore(flags);
3294
3295 out:
3296         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3297         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3298                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3299                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3300         }
3301
3302         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3303         return page;
3304
3305 failed:
3306         local_irq_restore(flags);
3307         return NULL;
3308 }
3309
3310 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3311
3312 static struct {
3313         struct fault_attr attr;
3314
3315         bool ignore_gfp_highmem;
3316         bool ignore_gfp_reclaim;
3317         u32 min_order;
3318 } fail_page_alloc = {
3319         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3320         .ignore_gfp_reclaim = true,
3321         .ignore_gfp_highmem = true,
3322         .min_order = 1,
3323 };
3324
3325 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3326 {
3327         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3328 }
3329 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3330
3331 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3332 {
3333         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3334                 return false;
3335         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3336                 return false;
3337         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3338                 return false;
3339         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3340                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3341                 return false;
3342
3343         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3344 }
3345
3346 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3347
3348 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3349 {
3350         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3351         struct dentry *dir;
3352
3353         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3354                                         &fail_page_alloc.attr);
3355
3356         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3357                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3358         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3359                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3360         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3361
3362         return 0;
3363 }
3364
3365 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3366
3367 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3368
3369 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3370
3371 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3372 {
3373         return false;
3374 }
3375
3376 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3377
3378 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3379 {
3380         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3381 }
3382 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3383
3384 /*
3385  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3386  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3387  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3388  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3389  */
3390 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3391                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3392                          long free_pages)
3393 {
3394         long min = mark;
3395         int o;
3396         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3397
3398         /* free_pages may go negative - that's OK */
3399         free_pages -= (1 << order) - 1;
3400
3401         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3402                 min -= min / 2;
3403
3404         /*
3405          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3406          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3407          * atomic reserve but it avoids a search.
3408          */
3409         if (likely(!alloc_harder)) {
3410                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3411         } else {
3412                 /*
3413                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3414                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3415                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3416                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3417                  */
3418                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3419                         min -= min / 2;
3420                 else
3421                         min -= min / 4;
3422         }
3423
3424
3425 #ifdef CONFIG_CMA
3426         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3427         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3428                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3429 #endif
3430
3431         /*
3432          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3433          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3434          * even if a suitable page happened to be free.
3435          */
3436         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3437                 return false;
3438
3439         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3440         if (!order)
3441                 return true;
3442
3443         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3444         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3445                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3446                 int mt;
3447
3448                 if (!area->nr_free)
3449                         continue;
3450
3451                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3452                         if (!free_area_empty(area, mt))
3453                                 return true;
3454                 }
3455
3456 #ifdef CONFIG_CMA
3457                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3458                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3459                         return true;
3460                 }
3461 #endif
3462                 if (alloc_harder &&
3463                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3464                         return true;
3465         }
3466         return false;
3467 }
3468
3469 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3470                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3471 {
3472         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3473                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3474 }
3475
3476 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3477                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3478 {
3479         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3480         long cma_pages = 0;
3481
3482 #ifdef CONFIG_CMA
3483         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3484         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3485                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3486 #endif
3487
3488         /*
3489          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3490          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3491          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3492          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3493          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3494          */
3495         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3496                 return true;
3497
3498         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3499                                         free_pages);
3500 }
3501
3502 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3503                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3504 {
3505         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3506
3507         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3508                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3509
3510         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3511                                                                 free_pages);
3512 }
3513
3514 #ifdef CONFIG_NUMA
3515 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3516 {
3517         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3518                                 node_reclaim_distance;
3519 }
3520 #else   /* CONFIG_NUMA */
3521 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3522 {
3523         return true;
3524 }
3525 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3526
3527 /*
3528  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3529  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3530  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3531  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3532  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3533  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3534  */
3535 static inline unsigned int
3536 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3537 {
3538         unsigned int alloc_flags = 0;
3539
3540         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3541                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
3542
3543 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3544         if (!zone)
3545                 return alloc_flags;
3546
3547         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3548                 return alloc_flags;
3549
3550         /*
3551          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3552          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3553          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3554          */
3555         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3556         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3557                 return alloc_flags;
3558
3559         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3560 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3561         return alloc_flags;
3562 }
3563
3564 /*
3565  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3566  * a page.
3567  */
3568 static struct page *
3569 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3570                                                 const struct alloc_context *ac)
3571 {
3572         struct zoneref *z;
3573         struct zone *zone;
3574         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3575         bool no_fallback;
3576
3577 retry:
3578         /*
3579          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3580          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3581          */
3582         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3583         z = ac->preferred_zoneref;
3584         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3585                                                                 ac->nodemask) {
3586                 struct page *page;
3587                 unsigned long mark;
3588
3589                 if (cpusets_enabled() &&
3590                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3591                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3592                                 continue;
3593                 /*
3594                  * When allocating a page cache page for writing, we
3595                  * want to get it from a node that is within its dirty
3596                  * limit, such that no single node holds more than its
3597                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3598                  * The dirty limits take into account the node's
3599                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3600                  * should be able to balance it without having to
3601                  * write pages from its LRU list.
3602                  *
3603                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3604                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3605                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3606                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3607                  * nodes are together not big enough to reach the
3608                  * global limit.  The proper fix for these situations
3609                  * will require awareness of nodes in the
3610                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3611                  */
3612                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3613                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3614                                 continue;
3615
3616                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3617                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3618                                 continue;
3619                         }
3620                 }
3621
3622                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3623                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3624                         int local_nid;
3625
3626                         /*
3627                          * If moving to a remote node, retry but allow
3628                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3629                          * than fragmentation avoidance.
3630                          */
3631                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3632                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3633                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3634                                 goto retry;
3635                         }
3636                 }
3637
3638                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3639                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3640                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3641                         int ret;
3642
3643 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3644                         /*
3645                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3646                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3647                          */
3648                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3649                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3650                                         goto try_this_zone;
3651                         }
3652 #endif
3653                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3654                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3655                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3656                                 goto try_this_zone;
3657
3658                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3659                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3660                                 continue;
3661
3662                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3663                         switch (ret) {
3664                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3665                                 /* did not scan */
3666                                 continue;
3667                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3668                                 /* scanned but unreclaimable */
3669                                 continue;
3670                         default:
3671                                 /* did we reclaim enough */
3672                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3673                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3674                                         goto try_this_zone;
3675
3676                                 continue;
3677                         }
3678                 }
3679
3680 try_this_zone:
3681                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3682                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3683                 if (page) {
3684                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3685
3686                         /*
3687                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3688                          * if the pageblock should be reserved for the future
3689                          */
3690                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3691                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3692
3693                         return page;
3694                 } else {
3695 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3696                         /* Try again if zone has deferred pages */
3697                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3698                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3699                                         goto try_this_zone;
3700                         }
3701 #endif
3702                 }
3703         }
3704
3705         /*
3706          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3707          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3708          */
3709         if (no_fallback) {
3710                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3711                 goto retry;
3712         }
3713
3714         return NULL;
3715 }
3716
3717 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3718 {
3719         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3720
3721         /*
3722          * This documents exceptions given to allocations in certain
3723          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3724          * of allowed nodes.
3725          */
3726         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3727                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3728                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3729                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3730         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3731                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3732
3733         show_mem(filter, nodemask);
3734 }
3735
3736 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3737 {
3738         struct va_format vaf;
3739         va_list args;
3740         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3741
3742         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3743                 return;
3744
3745         va_start(args, fmt);
3746         vaf.fmt = fmt;
3747         vaf.va = &args;
3748         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3749                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3750                         nodemask_pr_args(nodemask));
3751         va_end(args);
3752
3753         cpuset_print_current_mems_allowed();
3754         pr_cont("\n");
3755         dump_stack();
3756         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3757 }
3758
3759 static inline struct page *
3760 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3761                               unsigned int alloc_flags,
3762                               const struct alloc_context *ac)
3763 {
3764         struct page *page;
3765
3766         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3767                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3768         /*
3769          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3770          * are depleted
3771          */
3772         if (!page)
3773                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3774                                 alloc_flags, ac);
3775
3776         return page;
3777 }
3778
3779 static inline struct page *
3780 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3781         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3782 {
3783         struct oom_control oc = {
3784                 .zonelist = ac->zonelist,
3785                 .nodemask = ac->nodemask,
3786                 .memcg = NULL,
3787                 .gfp_mask = gfp_mask,
3788                 .order = order,
3789         };
3790         struct page *page;
3791
3792         *did_some_progress = 0;
3793
3794         /*
3795          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3796          * making progress for us.
3797          */
3798         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3799                 *did_some_progress = 1;
3800                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3801                 return NULL;
3802         }
3803
3804         /*
3805          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3806          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3807          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3808          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3809          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3810          */
3811         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3812                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3813                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3814         if (page)
3815                 goto out;
3816
3817         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3818         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3819                 goto out;
3820         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3821         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3822                 goto out;
3823         /*
3824          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3825          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3826          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3827          * fallback than shooting a random task.
3828          */
3829         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3830                 goto out;
3831         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3832         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3833                 goto out;
3834         if (pm_suspended_storage())
3835                 goto out;
3836         /*
3837          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3838          * other request to make a forward progress.
3839          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3840          * do much for this context but let's try it to at least get
3841          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3842          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3843          * failures more gracefully we should just bail out here.
3844          */
3845
3846         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3847         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3848                 goto out;
3849
3850         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3851         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3852                 *did_some_progress = 1;
3853
3854                 /*
3855                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3856                  * reserves
3857                  */
3858                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3859                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3860                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3861         }
3862 out:
3863         mutex_unlock(&oom_lock);
3864         return page;
3865 }
3866
3867 /*
3868  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3869  * killer is consider as the only way to move forward.
3870  */
3871 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3872
3873 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3874 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3875 static struct page *
3876 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3877                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3878                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3879 {
3880         struct page *page = NULL;
3881         unsigned long pflags;
3882         unsigned int noreclaim_flag;
3883
3884         if (!order)
3885                 return NULL;
3886
3887         psi_memstall_enter(&pflags);
3888         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3889
3890         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3891                                                                 prio, &page);
3892
3893         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3894         psi_memstall_leave(&pflags);
3895
3896         /*
3897          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3898          * count a compaction stall
3899          */
3900         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3901
3902         /* Prep a captured page if available */
3903         if (page)
3904                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3905
3906         /* Try get a page from the freelist if available */
3907         if (!page)
3908                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3909
3910         if (page) {
3911                 struct zone *zone = page_zone(page);
3912
3913                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3914                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3915                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3916                 return page;
3917         }
3918
3919         /*
3920          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3921          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3922          */
3923         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3924
3925         cond_resched();
3926
3927         return NULL;
3928 }
3929
3930 static inline bool
3931 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3932                      enum compact_result compact_result,
3933                      enum compact_priority *compact_priority,
3934                      int *compaction_retries)
3935 {
3936         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3937         int min_priority;
3938         bool ret = false;
3939         int retries = *compaction_retries;
3940         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3941
3942         if (!order)
3943                 return false;
3944
3945         if (compaction_made_progress(compact_result))
3946                 (*compaction_retries)++;
3947
3948         /*
3949          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3950          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3951          * failure could be caused by insufficient priority
3952          */
3953         if (compaction_failed(compact_result))
3954                 goto check_priority;
3955
3956         /*
3957          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
3958          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
3959          */
3960         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
3961                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3962                 goto out;
3963         }
3964
3965         /*
3966          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3967          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3968          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
3969          * we don't just keep bailing out endlessly.
3970          */
3971         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3972                 goto check_priority;
3973         }
3974
3975         /*
3976          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3977          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3978          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3979          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3980          * would need much more detailed feedback from compaction to
3981          * make a better decision.
3982          */
3983         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3984                 max_retries /= 4;
3985         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3986                 ret = true;
3987                 goto out;
3988         }
3989
3990         /*
3991          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3992          * all retries or failed at the lower priorities.
3993          */
3994 check_priority:
3995         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3996                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3997
3998         if (*compact_priority > min_priority) {
3999                 (*compact_priority)--;
4000                 *compaction_retries = 0;
4001                 ret = true;
4002         }
4003 out:
4004         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4005         return ret;
4006 }
4007 #else
4008 static inline struct page *
4009 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4010                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4011                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4012 {
4013         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4014         return NULL;
4015 }
4016
4017 static inline bool
4018 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4019                      enum compact_result compact_result,
4020                      enum compact_priority *compact_priority,
4021                      int *compaction_retries)
4022 {
4023         struct zone *zone;
4024         struct zoneref *z;
4025
4026         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4027                 return false;
4028
4029         /*
4030          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4031          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4032          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4033          * watermarks are OK.
4034          */
4035         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4036                                         ac->nodemask) {
4037                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4038                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
4039                         return true;
4040         }
4041         return false;
4042 }
4043 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4044
4045 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4046 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4047         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4048
4049 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4050 {
4051         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4052
4053         /* no reclaim without waiting on it */
4054         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4055                 return false;
4056
4057         /* this guy won't enter reclaim */
4058         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4059                 return false;
4060
4061         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4062         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4063                 return false;
4064
4065         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4066                 return false;
4067
4068         return true;
4069 }
4070
4071 void __fs_reclaim_acquire(void)
4072 {
4073         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4074 }
4075
4076 void __fs_reclaim_release(void)
4077 {
4078         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4079 }
4080
4081 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4082 {
4083         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4084                 __fs_reclaim_acquire();
4085 }
4086 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4087
4088 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4089 {
4090         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4091                 __fs_reclaim_release();
4092 }
4093 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4094 #endif
4095
4096 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4097 static int
4098 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4099                                         const struct alloc_context *ac)
4100 {
4101         int progress;
4102         unsigned int noreclaim_flag;
4103         unsigned long pflags;
4104
4105         cond_resched();
4106
4107         /* We now go into synchronous reclaim */
4108         cpuset_memory_pressure_bump();
4109         psi_memstall_enter(&pflags);
4110         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4111         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4112
4113         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4114                                                                 ac->nodemask);
4115
4116         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4117         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4118         psi_memstall_leave(&pflags);
4119
4120         cond_resched();
4121
4122         return progress;
4123 }
4124
4125 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4126 static inline struct page *
4127 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4128                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4129                 unsigned long *did_some_progress)
4130 {
4131         struct page *page = NULL;
4132         bool drained = false;
4133
4134         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4135         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4136                 return NULL;
4137
4138 retry:
4139         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4140
4141         /*
4142          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4143          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4144          * Shrink them them and try again
4145          */
4146         if (!page && !drained) {
4147                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4148                 drain_all_pages(NULL);
4149                 drained = true;
4150                 goto retry;
4151         }
4152
4153         return page;
4154 }
4155
4156 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4157                              const struct alloc_context *ac)
4158 {
4159         struct zoneref *z;
4160         struct zone *zone;
4161         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4162         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
4163
4164         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
4165                                         ac->nodemask) {
4166                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4167                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
4168                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4169         }
4170 }
4171
4172 static inline unsigned int
4173 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4174 {
4175         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4176
4177         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
4178         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4179
4180         /*
4181          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4182          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4183          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4184          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4185          */
4186         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
4187
4188         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4189                 /*
4190                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4191                  * if it can't schedule.
4192                  */
4193                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4194                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4195                 /*
4196                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4197                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4198                  */
4199                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4200         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4201                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4202
4203         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4204                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
4205
4206 #ifdef CONFIG_CMA
4207         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4208                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4209 #endif
4210         return alloc_flags;
4211 }
4212
4213 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4214 {
4215         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4216                 return false;
4217
4218         /*
4219          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4220          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4221          */
4222         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4223                 return false;
4224
4225         return true;
4226 }
4227
4228 /*
4229  * Distinguish requests which really need access to full memory
4230  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4231  */
4232 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4233 {
4234         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4235                 return 0;
4236         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4237                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4238         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4239                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4240         if (!in_interrupt()) {
4241                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4242                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4243                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4244                         return ALLOC_OOM;
4245         }
4246
4247         return 0;
4248 }
4249
4250 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4251 {
4252         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4253 }
4254
4255 /*
4256  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4257  * for the given allocation request.
4258  *
4259  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4260  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4261  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4262  *
4263  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4264  */
4265 static inline bool
4266 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4267                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4268                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4269 {
4270         struct zone *zone;
4271         struct zoneref *z;
4272         bool ret = false;
4273
4274         /*
4275          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4276          * their order will become available due to high fragmentation so
4277          * always increment the no progress counter for them
4278          */
4279         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4280                 *no_progress_loops = 0;
4281         else
4282                 (*no_progress_loops)++;
4283
4284         /*
4285          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4286          * several times in the row.
4287          */
4288         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4289                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4290                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4291         }
4292
4293         /*
4294          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4295          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4296          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4297          * screwed and have to go OOM.
4298          */
4299         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4300                                         ac->nodemask) {
4301                 unsigned long available;
4302                 unsigned long reclaimable;
4303                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4304                 bool wmark;
4305
4306                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4307                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4308
4309                 /*
4310                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4311                  * reclaimable pages?
4312                  */
4313                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4314                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
4315                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4316                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4317                 if (wmark) {
4318                         /*
4319                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4320                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4321                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4322                          * prevent from pre mature OOM
4323                          */
4324                         if (!did_some_progress) {
4325                                 unsigned long write_pending;
4326
4327                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4328                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4329
4330                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4331                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4332                                         return true;
4333                                 }
4334                         }
4335
4336                         ret = true;
4337                         goto out;
4338                 }
4339         }
4340
4341 out:
4342         /*
4343          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4344          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4345          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4346          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4347          * here rather than calling cond_resched().
4348          */
4349         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4350                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4351         else
4352                 cond_resched();
4353         return ret;
4354 }
4355
4356 static inline bool
4357 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4358 {
4359         /*
4360          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4361          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4362          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4363          * such a way the check therein was true, and then it became false
4364          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4365          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4366          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4367          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4368          * caller can deal with a violated nodemask.
4369          */
4370         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4371                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4372                 ac->nodemask = NULL;
4373                 return true;
4374         }
4375
4376         /*
4377          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4378          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4379          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4380          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4381          * retry.
4382          */
4383         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4384                 return true;
4385
4386         return false;
4387 }
4388
4389 static inline struct page *
4390 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4391                                                 struct alloc_context *ac)
4392 {
4393         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4394         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4395         struct page *page = NULL;
4396         unsigned int alloc_flags;
4397         unsigned long did_some_progress;
4398         enum compact_priority compact_priority;
4399         enum compact_result compact_result;
4400         int compaction_retries;
4401         int no_progress_loops;
4402         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4403         int reserve_flags;
4404
4405         /*
4406          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4407          * callers that are not in atomic context.
4408          */
4409         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4410                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4411                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4412
4413 retry_cpuset:
4414         compaction_retries = 0;
4415         no_progress_loops = 0;
4416         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4417         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4418
4419         /*
4420          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4421          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4422          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4423          */
4424         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4425
4426         /*
4427          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4428          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4429          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4430          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4431          */
4432         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4433                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4434         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4435                 goto nopage;
4436
4437         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4438                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4439
4440         /*
4441          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4442          * that first
4443          */
4444         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4445         if (page)
4446                 goto got_pg;
4447
4448         /*
4449          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4450          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4451          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4452          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4453          * same migratetype.
4454          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4455          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4456          */
4457         if (can_direct_reclaim &&
4458                         (costly_order ||
4459                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4460                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4461                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4462                                                 alloc_flags, ac,
4463                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4464                                                 &compact_result);
4465                 if (page)
4466                         goto got_pg;
4467
4468                 /*
4469                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4470                  * includes some THP page fault allocations
4471                  */
4472                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4473                         /*
4474                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4475                          * failed because all zones are below low watermarks
4476                          * or is prohibited because it recently failed at this
4477                          * order, fail immediately unless the allocator has
4478                          * requested compaction and reclaim retry.
4479                          *
4480                          * Reclaim is
4481                          *  - potentially very expensive because zones are far
4482                          *    below their low watermarks or this is part of very
4483                          *    bursty high order allocations,
4484                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4485                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4486                          *    linear scan, and
4487                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4488                          *    own.
4489                          */
4490                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4491                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4492                                 goto nopage;
4493
4494                         /*
4495                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4496                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4497                          * using async compaction.
4498                          */
4499                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4500                 }
4501         }
4502
4503 retry:
4504         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4505         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4506                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4507
4508         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4509         if (reserve_flags)
4510                 alloc_flags = reserve_flags;
4511
4512         /*
4513          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4514          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4515          * user oriented.
4516          */
4517         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4518                 ac->nodemask = NULL;
4519                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4520                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4521         }
4522
4523         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4524         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4525         if (page)
4526                 goto got_pg;
4527
4528         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4529         if (!can_direct_reclaim)
4530                 goto nopage;
4531
4532         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4533         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4534                 goto nopage;
4535
4536         /* Try direct reclaim and then allocating */
4537         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4538                                                         &did_some_progress);
4539         if (page)
4540                 goto got_pg;
4541
4542         /* Try direct compaction and then allocating */
4543         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4544                                         compact_priority, &compact_result);
4545         if (page)
4546                 goto got_pg;
4547
4548         /* Do not loop if specifically requested */
4549         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4550                 goto nopage;
4551
4552         /*
4553          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4554          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4555          */
4556         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4557                 goto nopage;
4558
4559         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4560                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4561                 goto retry;
4562
4563         /*
4564          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4565          * reclaim is not able to make any progress because the current
4566          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4567          * of free memory (see __compaction_suitable)
4568          */
4569         if (did_some_progress > 0 &&
4570                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4571                                 compact_result, &compact_priority,
4572                                 &compaction_retries))
4573                 goto retry;
4574
4575
4576         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4577         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4578                 goto retry_cpuset;
4579
4580         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4581         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4582         if (page)
4583                 goto got_pg;
4584
4585         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4586         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4587             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4588              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4589                 goto nopage;
4590
4591         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4592         if (did_some_progress) {
4593                 no_progress_loops = 0;
4594                 goto retry;
4595         }
4596
4597 nopage:
4598         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4599         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4600                 goto retry_cpuset;
4601
4602         /*
4603          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4604          * we always retry
4605          */
4606         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4607                 /*
4608                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4609                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4610                  */
4611                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4612                         goto fail;
4613
4614                 /*
4615                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4616                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4617                  * for somebody to do a work for us
4618                  */
4619                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4620
4621                 /*
4622                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4623                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4624                  * so that we can identify them and convert them to something
4625                  * else.
4626                  */
4627                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4628
4629                 /*
4630                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4631                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4632                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4633                  * the situation worse
4634                  */
4635                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4636                 if (page)
4637                         goto got_pg;
4638
4639                 cond_resched();
4640                 goto retry;
4641         }
4642 fail:
4643         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4644                         "page allocation failure: order:%u", order);
4645 got_pg:
4646         return page;
4647 }
4648
4649 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4650                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4651                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4652                 unsigned int *alloc_flags)
4653 {
4654         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4655         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4656         ac->nodemask = nodemask;
4657         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4658
4659         if (cpusets_enabled()) {
4660                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4661                 if (!ac->nodemask)
4662                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4663                 else
4664                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4665         }
4666
4667         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4668         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4669
4670         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4671
4672         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4673                 return false;
4674
4675         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4676                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4677
4678         return true;
4679 }
4680
4681 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4682 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4683 {
4684         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4685         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4686
4687         /*
4688          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4689          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4690          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4691          */
4692         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4693                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4694 }
4695
4696 /*
4697  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4698  */
4699 struct page *
4700 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4701                                                         nodemask_t *nodemask)
4702 {
4703         struct page *page;
4704         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4705         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4706         struct alloc_context ac = { };
4707
4708         /*
4709          * There are several places where we assume that the order value is sane
4710          * so bail out early if the request is out of bound.
4711          */
4712         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4713                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4714                 return NULL;
4715         }
4716
4717         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4718         alloc_mask = gfp_mask;
4719         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4720                 return NULL;
4721
4722         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4723
4724         /*
4725          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4726          * memory until all local zones are considered.
4727          */
4728         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4729
4730         /* First allocation attempt */
4731         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4732         if (likely(page))
4733                 goto out;
4734
4735         /*
4736          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4737          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4738          * from a particular context which has been marked by
4739          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4740          */
4741         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4742         ac.spread_dirty_pages = false;
4743
4744         /*
4745          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4746          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4747          */
4748         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4749                 ac.nodemask = nodemask;
4750
4751         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4752
4753 out:
4754         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4755             unlikely(__memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4756                 __free_pages(page, order);
4757                 page = NULL;
4758         }
4759
4760         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4761
4762         return page;
4763 }
4764 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4765
4766 /*
4767  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4768  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4769  * you need to access high mem.
4770  */
4771 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4772 {
4773         struct page *page;
4774
4775         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4776         if (!page)
4777                 return 0;
4778         return (unsigned long) page_address(page);
4779 }
4780 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4781
4782 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4783 {
4784         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4785 }
4786 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4787
4788 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4789 {
4790         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4791                 free_unref_page(page);
4792         else
4793                 __free_pages_ok(page, order);
4794 }
4795
4796 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4797 {
4798         if (put_page_testzero(page))
4799                 free_the_page(page, order);
4800 }
4801 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4802
4803 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4804 {
4805         if (addr != 0) {
4806                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4807                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4808         }
4809 }
4810
4811 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4812
4813 /*
4814  * Page Fragment:
4815  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4816  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4817  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4818  *
4819  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4820  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4821  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4822  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4823  */
4824 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4825                                              gfp_t gfp_mask)
4826 {
4827         struct page *page = NULL;
4828         gfp_t gfp = gfp_mask;
4829
4830 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4831         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4832                     __GFP_NOMEMALLOC;
4833         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4834                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4835         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4836 #endif
4837         if (unlikely(!page))
4838                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4839
4840         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4841
4842         return page;
4843 }
4844
4845 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4846 {
4847         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4848
4849         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4850                 free_the_page(page, compound_order(page));
4851 }
4852 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4853
4854 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4855                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4856 {
4857         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4858         struct page *page;
4859         int offset;
4860
4861         if (unlikely(!nc->va)) {
4862 refill:
4863                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4864                 if (!page)
4865                         return NULL;
4866
4867 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4868                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4869                 size = nc->size;
4870 #endif
4871                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4872                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4873                  */
4874                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4875
4876                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4877                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4878                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4879                 nc->offset = size;
4880         }
4881
4882         offset = nc->offset - fragsz;
4883         if (unlikely(offset < 0)) {
4884                 page = virt_to_page(nc->va);
4885
4886                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4887                         goto refill;
4888
4889 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4890                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4891                 size = nc->size;
4892 #endif
4893                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4894                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4895
4896                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4897                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4898                 offset = size - fragsz;
4899         }
4900
4901         nc->pagecnt_bias--;
4902         nc->offset = offset;
4903
4904         return nc->va + offset;
4905 }
4906 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4907
4908 /*
4909  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4910  */
4911 void page_frag_free(void *addr)
4912 {
4913         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4914
4915         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4916                 free_the_page(page, compound_order(page));
4917 }
4918 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4919
4920 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4921                 size_t size)
4922 {
4923         if (addr) {
4924                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4925                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4926
4927                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4928                 while (used < alloc_end) {
4929                         free_page(used);
4930                         used += PAGE_SIZE;
4931                 }
4932         }
4933         return (void *)addr;
4934 }
4935
4936 /**
4937  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4938  * @size: the number of bytes to allocate
4939  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4940  *
4941  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4942  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4943  * allocate memory in power-of-two pages.
4944  *
4945  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4946  *
4947  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4948  *
4949  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4950  */
4951 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4952 {
4953         unsigned int order = get_order(size);
4954         unsigned long addr;
4955
4956         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4957                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4958
4959         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4960         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4961 }
4962 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4963
4964 /**
4965  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4966  *                         pages on a node.
4967  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4968  * @size: the number of bytes to allocate
4969  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4970  *
4971  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4972  * back.
4973  *
4974  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4975  */
4976 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4977 {
4978         unsigned int order = get_order(size);
4979         struct page *p;
4980
4981         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4982                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4983
4984         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4985         if (!p)
4986                 return NULL;
4987         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4988 }
4989
4990 /**
4991  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4992  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4993  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4994  *
4995  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4996  */
4997 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4998 {
4999         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5000         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5001
5002         while (addr < end) {
5003                 free_page(addr);
5004                 addr += PAGE_SIZE;
5005         }
5006 }
5007 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5008
5009 /**
5010  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5011  * @offset: The zone index of the highest zone
5012  *
5013  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5014  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5015  * zone, the number of pages is calculated as:
5016  *
5017  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5018  *
5019  * Return: number of pages beyond high watermark.
5020  */
5021 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5022 {
5023         struct zoneref *z;
5024         struct zone *zone;
5025
5026         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5027         unsigned long sum = 0;
5028
5029         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5030
5031         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5032                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5033                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5034                 if (size > high)
5035                         sum += size - high;
5036         }
5037
5038         return sum;
5039 }
5040
5041 /**
5042  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5043  *
5044  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5045  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5046  *
5047  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5048  * ZONE_NORMAL.
5049  */
5050 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5051 {
5052         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5053 }
5054 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5055
5056 /**
5057  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
5058  *
5059  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
5060  * high watermark within all zones.
5061  *
5062  * Return: number of pages beyond high watermark within all zones.
5063  */
5064 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
5065 {
5066         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5067 }
5068
5069 static inline void show_node(struct zone *zone)
5070 {
5071         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5072                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5073 }
5074
5075 long si_mem_available(void)
5076 {
5077         long available;
5078         unsigned long pagecache;
5079         unsigned long wmark_low = 0;
5080         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5081         unsigned long reclaimable;
5082         struct zone *zone;
5083         int lru;
5084
5085         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5086                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5087
5088         for_each_zone(zone)
5089                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5090
5091         /*
5092          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5093          * without causing swapping.
5094          */
5095         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5096
5097         /*
5098          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5099          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5100          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5101          */
5102         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5103         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5104         available += pagecache;
5105
5106         /*
5107          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5108          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5109          * low watermark.
5110          */
5111         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
5112                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5113         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5114
5115         if (available < 0)
5116                 available = 0;
5117         return available;
5118 }
5119 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5120
5121 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5122 {
5123         val->totalram = totalram_pages();
5124         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5125         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5126         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5127         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5128         val->freehigh = nr_free_highpages();
5129         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5130 }
5131
5132 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5133
5134 #ifdef CONFIG_NUMA
5135 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5136 {
5137         int zone_type;          /* needs to be signed */
5138         unsigned long managed_pages = 0;
5139         unsigned long managed_highpages = 0;
5140         unsigned long free_highpages = 0;
5141         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5142
5143         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5144                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5145         val->totalram = managed_pages;
5146         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5147         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5148 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5149         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5150                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5151
5152                 if (is_highmem(zone)) {
5153                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5154                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5155                 }
5156         }
5157         val->totalhigh = managed_highpages;
5158         val->freehigh = free_highpages;
5159 #else
5160         val->totalhigh = managed_highpages;
5161         val->freehigh = free_highpages;
5162 #endif
5163         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5164 }
5165 #endif
5166
5167 /*
5168  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5169  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5170  */
5171 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5172 {
5173         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5174                 return false;
5175
5176         /*
5177          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5178          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5179          * have to be precise here.
5180          */
5181         if (!nodemask)
5182                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5183
5184         return !node_isset(nid, *nodemask);
5185 }
5186
5187 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5188
5189 static void show_migration_types(unsigned char type)
5190 {
5191         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5192                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5193                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5194                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5195                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5196 #ifdef CONFIG_CMA
5197                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5198 #endif
5199 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5200                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5201 #endif
5202         };
5203         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5204         char *p = tmp;
5205         int i;
5206
5207         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5208                 if (type & (1 << i))
5209                         *p++ = types[i];
5210         }
5211
5212         *p = '\0';
5213         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5214 }
5215
5216 /*
5217  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5218  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5219  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5220  *
5221  * Bits in @filter:
5222  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5223  *   cpuset.
5224  */
5225 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5226 {
5227         unsigned long free_pcp = 0;
5228         int cpu;
5229         struct zone *zone;
5230         pg_data_t *pgdat;
5231
5232         for_each_populated_zone(zone) {
5233                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5234                         continue;
5235
5236                 for_each_online_cpu(cpu)
5237                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5238         }
5239
5240         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5241                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5242                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
5243                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5244                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5245                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5246                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5247                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5248                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5249                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5250                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5251                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5252                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5253                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5254                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5255                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
5256                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
5257                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
5258                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5259                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5260                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5261                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5262                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5263                 free_pcp,
5264                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5265
5266         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5267                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5268                         continue;
5269
5270                 printk("Node %d"
5271                         " active_anon:%lukB"
5272                         " inactive_anon:%lukB"
5273                         " active_file:%lukB"
5274                         " inactive_file:%lukB"
5275                         " unevictable:%lukB"
5276                         " isolated(anon):%lukB"
5277                         " isolated(file):%lukB"
5278                         " mapped:%lukB"
5279                         " dirty:%lukB"
5280                         " writeback:%lukB"
5281                         " shmem:%lukB"
5282 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5283                         " shmem_thp: %lukB"
5284                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5285                         " anon_thp: %lukB"
5286 #endif
5287                         " writeback_tmp:%lukB"
5288                         " unstable:%lukB"
5289                         " all_unreclaimable? %s"
5290                         "\n",
5291                         pgdat->node_id,
5292                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5293                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5294                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5295                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5296                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5297                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5298                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5299                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5300                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5301                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5302                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5303 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5304                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5305                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5306                                         * HPAGE_PMD_NR),
5307                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5308 #endif
5309                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5310                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
5311                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5312                                 "yes" : "no");
5313         }
5314
5315         for_each_populated_zone(zone) {
5316                 int i;
5317
5318                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5319                         continue;
5320
5321                 free_pcp = 0;
5322                 for_each_online_cpu(cpu)
5323                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5324
5325                 show_node(zone);
5326                 printk(KERN_CONT
5327                         "%s"
5328                         " free:%lukB"
5329                         " min:%lukB"
5330                         " low:%lukB"
5331                         " high:%lukB"
5332                         " reserved_highatomic:%luKB"
5333                         " active_anon:%lukB"
5334                         " inactive_anon:%lukB"
5335                         " active_file:%lukB"
5336                         " inactive_file:%lukB"
5337                         " unevictable:%lukB"
5338                         " writepending:%lukB"
5339                         " present:%lukB"
5340                         " managed:%lukB"
5341                         " mlocked:%lukB"
5342                         " kernel_stack:%lukB"
5343                         " pagetables:%lukB"
5344                         " bounce:%lukB"
5345                         " free_pcp:%lukB"
5346                         " local_pcp:%ukB"
5347                         " free_cma:%lukB"
5348                         "\n",
5349                         zone->name,
5350                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5351                         K(min_wmark_pages(zone)),
5352                         K(low_wmark_pages(zone)),
5353                         K(high_wmark_pages(zone)),
5354                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5355                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5356                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5357                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5358                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5359                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5360                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5361                         K(zone->present_pages),
5362                         K(zone_managed_pages(zone)),
5363                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5364                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5365                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5366                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5367                         K(free_pcp),
5368                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5369                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5370                 printk("lowmem_reserve[]:");
5371                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5372                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5373                 printk(KERN_CONT "\n");
5374         }
5375
5376         for_each_populated_zone(zone) {
5377                 unsigned int order;
5378                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5379                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5380
5381                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5382                         continue;
5383                 show_node(zone);
5384                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5385
5386                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5387                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5388                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5389                         int type;
5390
5391                         nr[order] = area->nr_free;
5392                         total += nr[order] << order;
5393
5394                         types[order] = 0;
5395                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5396                                 if (!free_area_empty(area, type))
5397                                         types[order] |= 1 << type;
5398                         }
5399                 }
5400                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5401                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5402                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5403                                nr[order], K(1UL) << order);
5404                         if (nr[order])
5405                                 show_migration_types(types[order]);
5406                 }
5407                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5408         }
5409
5410         hugetlb_show_meminfo();
5411
5412         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5413
5414         show_swap_cache_info();
5415 }
5416
5417 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5418 {
5419         zoneref->zone = zone;
5420         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5421 }
5422
5423 /*
5424  * Builds allocation fallback zone lists.
5425  *
5426  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5427  */
5428 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5429 {
5430         struct zone *zone;
5431         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5432         int nr_zones = 0;
5433
5434         do {
5435                 zone_type--;
5436                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5437                 if (managed_zone(zone)) {
5438                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5439                         check_highest_zone(zone_type);
5440                 }
5441         } while (zone_type);
5442
5443         return nr_zones;
5444 }
5445
5446 #ifdef CONFIG_NUMA
5447
5448 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5449 {
5450         /*
5451          * We used to support different zonlists modes but they turned
5452          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5453          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5454          * not fail it silently
5455          */
5456         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5457                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5458                 return -EINVAL;
5459         }
5460         return 0;
5461 }
5462
5463 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5464 {
5465         if (!s)
5466                 return 0;
5467
5468         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5469 }
5470 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5471
5472 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5473
5474 /*
5475  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5476  */
5477 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5478                 void __user *buffer, size_t *length,
5479                 loff_t *ppos)
5480 {
5481         char *str;
5482         int ret;
5483
5484         if (!write)
5485                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5486         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5487         if (IS_ERR(str))
5488                 return PTR_ERR(str);
5489
5490         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5491         kfree(str);
5492         return ret;
5493 }
5494
5495
5496 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5497 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5498
5499 /**
5500  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5501  * @node: node whose fallback list we're appending
5502  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5503  *
5504  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5505  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5506  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5507  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5508  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5509  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5510  * on them otherwise.
5511  *
5512  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5513  */
5514 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5515 {
5516         int n, val;
5517         int min_val = INT_MAX;
5518         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5519         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5520
5521         /* Use the local node if we haven't already */
5522         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5523                 node_set(node, *used_node_mask);
5524                 return node;
5525         }
5526
5527         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5528
5529                 /* Don't want a node to appear more than once */
5530                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5531                         continue;
5532
5533                 /* Use the distance array to find the distance */
5534                 val = node_distance(node, n);
5535
5536                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5537                 val += (n < node);
5538
5539                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5540                 tmp = cpumask_of_node(n);
5541                 if (!cpumask_empty(tmp))
5542                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5543
5544                 /* Slight preference for less loaded node */
5545                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5546                 val += node_load[n];
5547
5548                 if (val < min_val) {
5549                         min_val = val;
5550                         best_node = n;
5551                 }
5552         }
5553
5554         if (best_node >= 0)
5555                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5556
5557         return best_node;
5558 }
5559
5560
5561 /*
5562  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5563  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5564  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5565  */
5566 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5567                 unsigned nr_nodes)
5568 {
5569         struct zoneref *zonerefs;
5570         int i;
5571
5572         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5573
5574         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5575                 int nr_zones;
5576
5577                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5578
5579                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5580                 zonerefs += nr_zones;
5581         }
5582         zonerefs->zone = NULL;
5583         zonerefs->zone_idx = 0;
5584 }
5585
5586 /*
5587  * Build gfp_thisnode zonelists
5588  */
5589 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5590 {
5591         struct zoneref *zonerefs;
5592         int nr_zones;
5593
5594         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5595         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5596         zonerefs += nr_zones;
5597         zonerefs->zone = NULL;
5598         zonerefs->zone_idx = 0;
5599 }
5600
5601 /*
5602  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5603  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5604  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5605  * may still exist in local DMA zone.
5606  */
5607
5608 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5609 {
5610         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5611         int node, load, nr_nodes = 0;
5612         nodemask_t used_mask;
5613         int local_node, prev_node;
5614
5615         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5616         local_node = pgdat->node_id;
5617         load = nr_online_nodes;
5618         prev_node = local_node;
5619         nodes_clear(used_mask);
5620
5621         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5622         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5623                 /*
5624                  * We don't want to pressure a particular node.
5625                  * So adding penalty to the first node in same
5626                  * distance group to make it round-robin.
5627                  */
5628                 if (node_distance(local_node, node) !=
5629                     node_distance(local_node, prev_node))
5630                         node_load[node] = load;
5631
5632                 node_order[nr_nodes++] = node;
5633                 prev_node = node;
5634                 load--;
5635         }
5636
5637         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5638         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5639 }
5640
5641 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5642 /*
5643  * Return node id of node used for "local" allocations.
5644  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5645  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5646  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5647  */
5648 int local_memory_node(int node)
5649 {
5650         struct zoneref *z;
5651
5652         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5653                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5654                                    NULL);
5655         return zone_to_nid(z->zone);
5656 }
5657 #endif
5658
5659 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5660 static void setup_min_slab_ratio(void);
5661 #else   /* CONFIG_NUMA */
5662
5663 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5664 {
5665         int node, local_node;
5666         struct zoneref *zonerefs;
5667         int nr_zones;
5668
5669         local_node = pgdat->node_id;
5670
5671         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5672         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5673         zonerefs += nr_zones;
5674
5675         /*
5676          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5677          * of all the other nodes.
5678          * We don't want to pressure a particular node, so when
5679          * building the zones for node N, we make sure that the
5680          * zones coming right after the local ones are those from
5681          * node N+1 (modulo N)
5682          */
5683         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5684                 if (!node_online(node))
5685                         continue;
5686                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5687                 zonerefs += nr_zones;
5688         }
5689         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5690                 if (!node_online(node))
5691                         continue;
5692                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5693                 zonerefs += nr_zones;
5694         }
5695
5696         zonerefs->zone = NULL;
5697         zonerefs->zone_idx = 0;
5698 }
5699
5700 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5701
5702 /*
5703  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5704  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5705  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5706  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5707  * with interrupts disabled.
5708  *
5709  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5710  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5711  * hotplugged processors.
5712  *
5713  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5714  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5715  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5716  */
5717 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5718 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5719 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5720
5721 static void __build_all_zonelists(void *data)
5722 {
5723         int nid;
5724         int __maybe_unused cpu;
5725         pg_data_t *self = data;
5726         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5727
5728         spin_lock(&lock);
5729
5730 #ifdef CONFIG_NUMA
5731         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5732 #endif
5733
5734         /*
5735          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5736          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5737          */
5738         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5739                 build_zonelists(self);
5740         } else {
5741                 for_each_online_node(nid) {
5742                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5743
5744                         build_zonelists(pgdat);
5745                 }
5746
5747 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5748                 /*
5749                  * We now know the "local memory node" for each node--
5750                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5751                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5752                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5753                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5754                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5755                  */
5756                 for_each_online_cpu(cpu)
5757                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5758 #endif
5759         }
5760
5761         spin_unlock(&lock);
5762 }
5763
5764 static noinline void __init
5765 build_all_zonelists_init(void)
5766 {
5767         int cpu;
5768
5769         __build_all_zonelists(NULL);
5770
5771         /*
5772          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5773          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5774          * each zone will be allocated later when the per cpu
5775          * allocator is available.
5776          *
5777          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5778          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5779          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5780          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5781          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5782          * (a chicken-egg dilemma).
5783          */
5784         for_each_possible_cpu(cpu)
5785                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5786
5787         mminit_verify_zonelist();
5788         cpuset_init_current_mems_allowed();
5789 }
5790
5791 /*
5792  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5793  *
5794  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5795  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5796  */
5797 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5798 {
5799         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5800                 build_all_zonelists_init();
5801         } else {
5802                 __build_all_zonelists(pgdat);
5803                 /* cpuset refresh routine should be here */
5804         }
5805         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5806         /*
5807          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5808          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5809          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5810          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5811          * disabled and enable it later
5812          */
5813         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5814                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5815         else
5816                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5817
5818         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5819                 nr_online_nodes,
5820                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5821                 vm_total_pages);
5822 #ifdef CONFIG_NUMA
5823         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5824 #endif
5825 }
5826
5827 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5828 static bool __meminit
5829 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5830 {
5831 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5832         static struct memblock_region *r;
5833
5834         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5835                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5836                         for_each_memblock(memory, r) {
5837                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5838                                         break;
5839                         }
5840                 }
5841                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5842                     memblock_is_mirror(r)) {
5843                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5844                         return true;
5845                 }
5846         }
5847 #endif
5848         return false;
5849 }
5850
5851 /*
5852  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5853  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5854  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5855  */
5856 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5857                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5858                 struct vmem_altmap *altmap)
5859 {
5860         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5861         struct page *page;
5862
5863         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5864                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5865
5866 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5867         /*
5868          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5869          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5870          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5871          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5872          * the hotplug lock.
5873          */
5874         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5875                 if (!altmap)
5876                         return;
5877
5878                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5879                         start_pfn += altmap->reserve;
5880                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5881         }
5882 #endif
5883
5884         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5885                 /*
5886                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5887                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5888                  */
5889                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5890                         if (!early_pfn_valid(pfn))
5891                                 continue;
5892                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5893                                 continue;
5894                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
5895                                 continue;
5896                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
5897                                 break;
5898                 }
5899
5900                 page = pfn_to_page(pfn);
5901                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5902                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5903                         __SetPageReserved(page);
5904
5905                 /*
5906                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5907                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5908                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5909                  * the address space during boot when many long-lived
5910                  * kernel allocations are made.
5911                  *
5912                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5913                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5914                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5915                  * pfn out of zone.
5916                  */
5917                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5918                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5919                         cond_resched();
5920                 }
5921         }
5922 }
5923
5924 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5925 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
5926                                    unsigned long start_pfn,
5927                                    unsigned long size,
5928                                    struct dev_pagemap *pgmap)
5929 {
5930         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5931         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5932         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
5933         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
5934         unsigned long start = jiffies;
5935         int nid = pgdat->node_id;
5936
5937         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
5938                 return;
5939
5940         /*
5941          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
5942          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
5943          * the end of that region and start processing the device pages.
5944          */
5945         if (altmap) {
5946                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5947                 size = end_pfn - start_pfn;
5948         }
5949
5950         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5951                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5952
5953                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
5954
5955                 /*
5956                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
5957                  * phase for it to be fully associated with a zone.
5958                  *
5959                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
5960                  * the flag as we are still initializing the pages.
5961                  */
5962                 __SetPageReserved(page);
5963
5964                 /*
5965                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
5966                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
5967                  * ever freed or placed on a driver-private list.
5968                  */
5969                 page->pgmap = pgmap;
5970                 page->zone_device_data = NULL;
5971
5972                 /*
5973                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5974                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5975                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5976                  * the address space during boot when many long-lived
5977                  * kernel allocations are made.
5978                  *
5979                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5980                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5981                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5982                  * pfn out of zone.
5983                  *
5984                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
5985                  * because this is done early in section_activate()
5986                  */
5987                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5988                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5989                         cond_resched();
5990                 }
5991         }
5992
5993         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
5994                 size, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
5995 }
5996
5997 #endif
5998 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5999 {
6000         unsigned int order, t;
6001         for_each_migratetype_order(order, t) {
6002                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6003                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6004         }
6005 }
6006
6007 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6008                                   unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
6009 {
6010         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, MEMMAP_EARLY, NULL);
6011 }
6012
6013 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6014 {
6015 #ifdef CONFIG_MMU
6016         int batch;
6017
6018         /*
6019          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6020          * size of the zone.
6021          */
6022         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6023         /* But no more than a meg. */
6024         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6025                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6026         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6027         if (batch < 1)
6028                 batch = 1;
6029
6030         /*
6031          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6032          * of 2 value was found to be more likely to have
6033          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6034          *
6035          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6036          * batches of pages, one task can end up with a lot
6037          * of pages of one half of the possible page colors
6038          * and the other with pages of the other colors.
6039          */
6040         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6041
6042         return batch;
6043
6044 #else
6045         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6046          * conditions.
6047          *
6048          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6049          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6050          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6051          *
6052          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6053          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6054          * can be a significant delay between the individual batches being
6055          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6056          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6057          */
6058         return 0;
6059 #endif
6060 }
6061
6062 /*
6063  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6064  * ->batch must never be higher then ->high.
6065  * The following function updates them in a safe manner without read side
6066  * locking.
6067  *
6068  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6069  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
6070  *
6071  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6072  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6073  * exist).
6074  */
6075 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6076                 unsigned long batch)
6077 {
6078        /* start with a fail safe value for batch */
6079         pcp->batch = 1;
6080         smp_wmb();
6081
6082        /* Update high, then batch, in order */
6083         pcp->high = high;
6084         smp_wmb();
6085
6086         pcp->batch = batch;
6087 }
6088
6089 /* a companion to pageset_set_high() */
6090 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6091 {
6092         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6093 }
6094
6095 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6096 {
6097         struct per_cpu_pages *pcp;
6098         int migratetype;
6099
6100         memset(p, 0, sizeof(*p));
6101
6102         pcp = &p->pcp;
6103         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6104                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6105 }
6106
6107 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6108 {
6109         pageset_init(p);
6110         pageset_set_batch(p, batch);
6111 }
6112
6113 /*
6114  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6115  * to the value high for the pageset p.
6116  */
6117 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6118                                 unsigned long high)
6119 {
6120         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6121         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6122                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6123
6124         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6125 }
6126
6127 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6128                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6129 {
6130         if (percpu_pagelist_fraction)
6131                 pageset_set_high(pcp,
6132                         (zone_managed_pages(zone) /
6133                                 percpu_pagelist_fraction));
6134         else
6135                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6136 }
6137
6138 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6139 {
6140         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6141
6142         pageset_init(pcp);
6143         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6144 }
6145
6146 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6147 {
6148         int cpu;
6149         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6150         for_each_possible_cpu(cpu)
6151                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6152 }
6153
6154 /*
6155  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6156  * Before this call only boot pagesets were available.
6157  */
6158 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6159 {
6160         struct pglist_data *pgdat;
6161         struct zone *zone;
6162
6163         for_each_populated_zone(zone)
6164                 setup_zone_pageset(zone);
6165
6166         for_each_online_pgdat(pgdat)
6167                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6168                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6169 }
6170
6171 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6172 {
6173         /*
6174          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6175          * relies on the ability of the linker to provide the
6176          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6177          */
6178         zone->pageset = &boot_pageset;
6179
6180         if (populated_zone(zone))
6181                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6182                         zone->name, zone->present_pages,
6183                                          zone_batchsize(zone));
6184 }
6185
6186 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6187                                         unsigned long zone_start_pfn,
6188                                         unsigned long size)
6189 {
6190         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6191         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6192
6193         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6194                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6195
6196         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6197
6198         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6199                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6200                         pgdat->node_id,
6201                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6202                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6203
6204         zone_init_free_lists(zone);
6205         zone->initialized = 1;
6206 }
6207
6208 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6209 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
6210
6211 /*
6212  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
6213  */
6214 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
6215                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
6216 {
6217         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6218         int nid;
6219
6220         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
6221                 return state->last_nid;
6222
6223         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
6224         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
6225                 state->last_start = start_pfn;
6226                 state->last_end = end_pfn;
6227                 state->last_nid = nid;
6228         }
6229
6230         return nid;
6231 }
6232 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
6233
6234 /**
6235  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
6236  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
6237  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
6238  *
6239  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
6240  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
6241  * memblock_free_early_nid() manually.
6242  */
6243 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
6244 {
6245         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6246         int i, this_nid;
6247
6248         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
6249                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
6250                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
6251
6252                 if (start_pfn < end_pfn)
6253                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
6254                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
6255                                         this_nid);
6256         }
6257 }
6258
6259 /**
6260  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
6261  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
6262  *
6263  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
6264  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
6265  */
6266 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
6267 {
6268         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6269         int i, this_nid;
6270
6271         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
6272                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
6273 }
6274
6275 /**
6276  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6277  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6278  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6279  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6280  *
6281  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6282  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6283  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6284  * PFNs will be 0.
6285  */
6286 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6287                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6288 {
6289         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6290         int i;
6291
6292         *start_pfn = -1UL;
6293         *end_pfn = 0;
6294
6295         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6296                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6297                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6298         }
6299
6300         if (*start_pfn == -1UL)
6301                 *start_pfn = 0;
6302 }
6303
6304 /*
6305  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6306  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6307  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6308  */
6309 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6310 {
6311         int zone_index;
6312         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6313                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6314                         continue;
6315
6316                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6317                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6318                         break;
6319         }
6320
6321         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6322         movable_zone = zone_index;
6323 }
6324
6325 /*
6326  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6327  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6328  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6329  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6330  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6331  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6332  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6333  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6334  */
6335 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6336                                         unsigned long zone_type,
6337                                         unsigned long node_start_pfn,
6338                                         unsigned long node_end_pfn,
6339                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6340                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6341 {
6342         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6343         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6344                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6345                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6346                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6347                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6348                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6349
6350                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6351                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6352                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6353                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6354                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6355
6356                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6357                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6358                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6359         }
6360 }
6361
6362 /*
6363  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6364  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6365  */
6366 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6367                                         unsigned long zone_type,
6368                                         unsigned long node_start_pfn,
6369                                         unsigned long node_end_pfn,
6370                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6371                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6372                                         unsigned long *ignored)
6373 {
6374         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6375         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6376         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6377         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6378                 return 0;
6379
6380         /* Get the start and end of the zone */
6381         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6382         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6383         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6384                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6385                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6386
6387         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6388         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6389                 return 0;
6390
6391         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6392         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6393         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6394
6395         /* Return the spanned pages */
6396         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6397 }
6398
6399 /*
6400  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6401  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6402  */
6403 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6404                                 unsigned long range_start_pfn,
6405                                 unsigned long range_end_pfn)
6406 {
6407         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6408         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6409         int i;
6410
6411         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6412                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6413                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6414                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6415         }
6416         return nr_absent;
6417 }
6418
6419 /**
6420  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6421  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6422  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6423  *
6424  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6425  */
6426 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6427                                                         unsigned long end_pfn)
6428 {
6429         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6430 }
6431
6432 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6433 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6434                                         unsigned long zone_type,
6435                                         unsigned long node_start_pfn,
6436                                         unsigned long node_end_pfn,
6437                                         unsigned long *ignored)
6438 {
6439         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6440         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6441         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6442         unsigned long nr_absent;
6443
6444         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6445         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6446                 return 0;
6447
6448         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6449         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6450
6451         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6452                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6453                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6454         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6455
6456         /*
6457          * ZONE_MOVABLE handling.
6458          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6459          * and vice versa.
6460          */
6461         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6462                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6463                 struct memblock_region *r;
6464
6465                 for_each_memblock(memory, r) {
6466                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6467                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6468                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6469                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6470
6471                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6472                             memblock_is_mirror(r))
6473                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6474
6475                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6476                             !memblock_is_mirror(r))
6477                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6478                 }
6479         }
6480
6481         return nr_absent;
6482 }
6483
6484 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6485 static inline unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6486                                         unsigned long zone_type,
6487                                         unsigned long node_start_pfn,
6488                                         unsigned long node_end_pfn,
6489                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6490                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6491                                         unsigned long *zones_size)
6492 {
6493         unsigned int zone;
6494
6495         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6496         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6497                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6498
6499         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6500
6501         return zones_size[zone_type];
6502 }
6503
6504 static inline unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6505                                                 unsigned long zone_type,
6506                                                 unsigned long node_start_pfn,
6507                                                 unsigned long node_end_pfn,
6508                                                 unsigned long *zholes_size)
6509 {
6510         if (!zholes_size)
6511                 return 0;
6512
6513         return zholes_size[zone_type];
6514 }
6515
6516 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6517
6518 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6519                                                 unsigned long node_start_pfn,
6520                                                 unsigned long node_end_pfn,
6521                                                 unsigned long *zones_size,
6522                                                 unsigned long *zholes_size)
6523 {
6524         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6525         enum zone_type i;
6526
6527         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6528                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6529                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6530                 unsigned long size, real_size;
6531
6532                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6533                                                   node_start_pfn,
6534                                                   node_end_pfn,
6535                                                   &zone_start_pfn,
6536                                                   &zone_end_pfn,
6537                                                   zones_size);
6538                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6539                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6540                                                   zholes_size);
6541                 if (size)
6542                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6543                 else
6544                         zone->zone_start_pfn = 0;
6545                 zone->spanned_pages = size;
6546                 zone->present_pages = real_size;
6547
6548                 totalpages += size;
6549                 realtotalpages += real_size;
6550         }
6551
6552         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6553         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6554         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6555                                                         realtotalpages);
6556 }
6557
6558 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6559 /*
6560  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6561  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6562  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6563  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6564  * bytes.
6565  */
6566 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6567 {
6568         unsigned long usemapsize;
6569
6570         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6571         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6572         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6573         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6574         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6575
6576         return usemapsize / 8;
6577 }
6578
6579 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6580                                 struct zone *zone,
6581                                 unsigned long zone_start_pfn,
6582                                 unsigned long zonesize)
6583 {
6584         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6585         zone->pageblock_flags = NULL;
6586         if (usemapsize) {
6587                 zone->pageblock_flags =
6588                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6589                                             pgdat->node_id);
6590                 if (!zone->pageblock_flags)
6591                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6592                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6593         }
6594 }
6595 #else
6596 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6597                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6598 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6599
6600 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6601
6602 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6603 void __init set_pageblock_order(void)
6604 {
6605         unsigned int order;
6606
6607         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6608         if (pageblock_order)
6609                 return;
6610
6611         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6612                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6613         else
6614                 order = MAX_ORDER - 1;
6615
6616         /*
6617          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6618          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6619          * powerpc.
6620          */
6621         pageblock_order = order;
6622 }
6623 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6624
6625 /*
6626  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6627  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6628  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6629  * the kernel config
6630  */
6631 void __init set_pageblock_order(void)
6632 {
6633 }
6634
6635 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6636
6637 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6638                                                 unsigned long present_pages)
6639 {
6640         unsigned long pages = spanned_pages;
6641
6642         /*
6643          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6644          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6645          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6646          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6647          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6648          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6649          */
6650         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6651             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6652                 pages = present_pages;
6653
6654         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6655 }
6656
6657 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6658 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6659 {
6660         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6661
6662         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6663         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6664         ds_queue->split_queue_len = 0;
6665 }
6666 #else
6667 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6668 #endif
6669
6670 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6671 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6672 {
6673         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6674 }
6675 #else
6676 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6677 #endif
6678
6679 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6680 {
6681         pgdat_resize_init(pgdat);
6682
6683         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6684         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6685
6686         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6687         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6688
6689         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6690         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6691         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
6692 }
6693
6694 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6695                                                         unsigned long remaining_pages)
6696 {
6697         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6698         zone_set_nid(zone, nid);
6699         zone->name = zone_names[idx];
6700         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6701         spin_lock_init(&zone->lock);
6702         zone_seqlock_init(zone);
6703         zone_pcp_init(zone);
6704 }
6705
6706 /*
6707  * Set up the zone data structures
6708  * - init pgdat internals
6709  * - init all zones belonging to this node
6710  *
6711  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6712  */
6713 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6714 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6715 {
6716         enum zone_type z;
6717         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6718
6719         pgdat_init_internals(pgdat);
6720         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6721                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6722 }
6723 #endif
6724
6725 /*
6726  * Set up the zone data structures:
6727  *   - mark all pages reserved
6728  *   - mark all memory queues empty
6729  *   - clear the memory bitmaps
6730  *
6731  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6732  * NOTE: this function is only called during early init.
6733  */
6734 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6735 {
6736         enum zone_type j;
6737         int nid = pgdat->node_id;
6738
6739         pgdat_init_internals(pgdat);
6740         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6741
6742         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6743                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6744                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6745                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6746
6747                 size = zone->spanned_pages;
6748                 freesize = zone->present_pages;
6749
6750                 /*
6751                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6752                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6753                  * and per-cpu initialisations
6754                  */
6755                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6756                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6757                         if (freesize >= memmap_pages) {
6758                                 freesize -= memmap_pages;
6759                                 if (memmap_pages)
6760                                         printk(KERN_DEBUG
6761                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6762                                                zone_names[j], memmap_pages);
6763                         } else
6764                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6765                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6766                 }
6767
6768                 /* Account for reserved pages */
6769                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6770                         freesize -= dma_reserve;
6771                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6772                                         zone_names[0], dma_reserve);
6773                 }
6774
6775                 if (!is_highmem_idx(j))
6776                         nr_kernel_pages += freesize;
6777                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6778                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6779                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6780                 nr_all_pages += freesize;
6781
6782                 /*
6783                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6784                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6785                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6786                  */
6787                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6788
6789                 if (!size)
6790                         continue;
6791
6792                 set_pageblock_order();
6793                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6794                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6795                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6796         }
6797 }
6798
6799 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6800 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6801 {
6802         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6803         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6804
6805         /* Skip empty nodes */
6806         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6807                 return;
6808
6809         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6810         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6811         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6812         if (!pgdat->node_mem_map) {
6813                 unsigned long size, end;
6814                 struct page *map;
6815
6816                 /*
6817                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6818                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6819                  * for the buddy allocator to function correctly.
6820                  */
6821                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6822                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6823                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6824                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6825                                           pgdat->node_id);
6826                 if (!map)
6827                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6828                               size, pgdat->node_id);
6829                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6830         }
6831         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6832                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6833                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6834 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6835         /*
6836          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6837          */
6838         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6839                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6840 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6841                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6842                         mem_map -= offset;
6843 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6844         }
6845 #endif
6846 }
6847 #else
6848 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6849 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6850
6851 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6852 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6853 {
6854         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6855 }
6856 #else
6857 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6858 #endif
6859
6860 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6861                                    unsigned long node_start_pfn,
6862                                    unsigned long *zholes_size)
6863 {
6864         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6865         unsigned long start_pfn = 0;
6866         unsigned long end_pfn = 0;
6867
6868         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6869         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6870
6871         pgdat->node_id = nid;
6872         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6873         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6874 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6875         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6876         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6877                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6878                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6879 #else
6880         start_pfn = node_start_pfn;
6881 #endif
6882         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6883                                   zones_size, zholes_size);
6884
6885         alloc_node_mem_map(pgdat);
6886         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6887
6888         free_area_init_core(pgdat);
6889 }
6890
6891 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6892 /*
6893  * Zero all valid struct pages in range [spfn, epfn), return number of struct
6894  * pages zeroed
6895  */
6896 static u64 zero_pfn_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6897 {
6898         unsigned long pfn;
6899         u64 pgcnt = 0;
6900
6901         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6902                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6903                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6904                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6905                         continue;
6906                 }
6907                 mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6908                 pgcnt++;
6909         }
6910
6911         return pgcnt;
6912 }
6913
6914 /*
6915  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6916  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6917  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6918  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6919  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6920  *
6921  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6922  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6923  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6924  * layout is manually configured via memmap=.
6925  */
6926 void __init zero_resv_unavail(void)
6927 {
6928         phys_addr_t start, end;
6929         u64 i, pgcnt;
6930         phys_addr_t next = 0;
6931
6932         /*
6933          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6934          */
6935         pgcnt = 0;
6936         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6937                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6938                 if (next < start)
6939                         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), PFN_UP(start));
6940                 next = end;
6941         }
6942         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), max_pfn);
6943
6944         /*
6945          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6946          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6947          */
6948         if (pgcnt)
6949                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
6950 }
6951 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6952
6953 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6954
6955 #if MAX_NUMNODES > 1
6956 /*
6957  * Figure out the number of possible node ids.
6958  */
6959 void __init setup_nr_node_ids(void)
6960 {
6961         unsigned int highest;
6962
6963         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6964         nr_node_ids = highest + 1;
6965 }
6966 #endif
6967
6968 /**
6969  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6970  *
6971  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6972  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6973  * all the nodes.
6974  *
6975  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6976  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6977  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6978  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6979  *
6980  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6981  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6982  * populated node map.
6983  *
6984  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6985  * requirement (single node).
6986  */
6987 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6988 {
6989         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6990         unsigned long start, end, mask;
6991         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
6992         int i, nid;
6993
6994         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6995                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6996                         last_nid = nid;
6997                         last_end = end;
6998                         continue;
6999                 }
7000
7001                 /*
7002                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7003                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7004                  * too coarse to separate the current node from the last.
7005                  */
7006                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7007                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7008                         mask <<= 1;
7009
7010                 /* accumulate all internode masks */
7011                 accl_mask |= mask;
7012         }
7013
7014         /* convert mask to number of pages */
7015         return ~accl_mask + 1;
7016 }
7017
7018 /* Find the lowest pfn for a node */
7019 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
7020 {
7021         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
7022         unsigned long start_pfn;
7023         int i;
7024
7025         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
7026                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
7027
7028         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
7029                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
7030                 return 0;
7031         }
7032
7033         return min_pfn;
7034 }
7035
7036 /**
7037  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7038  *
7039  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7040  * memblock_set_node().
7041  */
7042 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7043 {
7044         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
7045 }
7046
7047 /*
7048  * early_calculate_totalpages()
7049  * Sum pages in active regions for movable zone.
7050  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7051  */
7052 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7053 {
7054         unsigned long totalpages = 0;
7055         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7056         int i, nid;
7057
7058         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7059                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7060
7061                 totalpages += pages;
7062                 if (pages)
7063                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7064         }
7065         return totalpages;
7066 }
7067
7068 /*
7069  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7070  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7071  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7072  * others
7073  */
7074 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7075 {
7076         int i, nid;
7077         unsigned long usable_startpfn;
7078         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7079         /* save the state before borrow the nodemask */
7080         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7081         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7082         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7083         struct memblock_region *r;
7084
7085         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7086         find_usable_zone_for_movable();
7087
7088         /*
7089          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7090          * options.
7091          */
7092         if (movable_node_is_enabled()) {
7093                 for_each_memblock(memory, r) {
7094                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7095                                 continue;
7096
7097                         nid = r->nid;
7098
7099                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7100                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7101                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7102                                 usable_startpfn;
7103                 }
7104
7105                 goto out2;
7106         }
7107
7108         /*
7109          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7110          */
7111         if (mirrored_kernelcore) {
7112                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7113
7114                 for_each_memblock(memory, r) {
7115                         if (memblock_is_mirror(r))
7116                                 continue;
7117
7118                         nid = r->nid;
7119
7120                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7121
7122                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7123                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7124                                 continue;
7125                         }
7126
7127                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7128                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7129                                 usable_startpfn;
7130                 }
7131
7132                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7133                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
7134
7135                 goto out2;
7136         }
7137
7138         /*
7139          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7140          * amount of necessary memory.
7141          */
7142         if (required_kernelcore_percent)
7143                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7144                                        10000UL;
7145         if (required_movablecore_percent)
7146                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7147                                         10000UL;
7148
7149         /*
7150          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7151          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7152          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7153          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7154          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7155          * what movablecore would have allowed.
7156          */
7157         if (required_movablecore) {
7158                 unsigned long corepages;
7159
7160                 /*
7161                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7162                  * was requested by the user
7163                  */
7164                 required_movablecore =
7165                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7166                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7167                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7168
7169                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7170         }
7171
7172         /*
7173          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7174          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7175          */
7176         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7177                 goto out;
7178
7179         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7180         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7181
7182 restart:
7183         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7184         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7185         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7186                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7187
7188                 /*
7189                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7190                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7191                  * amount of memory for the kernel
7192                  */
7193                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7194                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7195
7196                 /*
7197                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7198                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7199                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7200                  */
7201                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7202
7203                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7204                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7205                         unsigned long size_pages;
7206
7207                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7208                         if (start_pfn >= end_pfn)
7209                                 continue;
7210
7211                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7212                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7213                                 unsigned long kernel_pages;
7214                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7215                                                                 - start_pfn;
7216
7217                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7218                                                         kernelcore_remaining);
7219                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7220                                                         required_kernelcore);
7221
7222                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7223                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7224
7225                                         /*
7226                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7227                                          * that if we have to rebalance
7228                                          * kernelcore across nodes, we will
7229                                          * not double account here
7230                                          */
7231                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7232                                         continue;
7233                                 }
7234                                 start_pfn = usable_startpfn;
7235                         }
7236
7237                         /*
7238                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7239                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7240                          * number of pages used as kernelcore
7241                          */
7242                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7243                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7244                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7245                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7246
7247                         /*
7248                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7249                          * break if the kernelcore for this node has been
7250                          * satisfied
7251                          */
7252                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7253                                                                 size_pages);
7254                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7255                         if (!kernelcore_remaining)
7256                                 break;
7257                 }
7258         }
7259
7260         /*
7261          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7262          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7263          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7264          * satisfied
7265          */
7266         usable_nodes--;
7267         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7268                 goto restart;
7269
7270 out2:
7271         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7272         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7273                 zone_movable_pfn[nid] =
7274                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7275
7276 out:
7277         /* restore the node_state */
7278         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7279 }
7280
7281 /* Any regular or high memory on that node ? */
7282 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7283 {
7284         enum zone_type zone_type;
7285
7286         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7287                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7288                 if (populated_zone(zone)) {
7289                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7290                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7291                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7292                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7293                         break;
7294                 }
7295         }
7296 }
7297
7298 /**
7299  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
7300  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7301  *
7302  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7303  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7304  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7305  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7306  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7307  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7308  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7309  * at arch_max_dma_pfn.
7310  */
7311 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
7312 {
7313         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7314         int i, nid;
7315
7316         /* Record where the zone boundaries are */
7317         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7318                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7319         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7320                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7321
7322         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7323
7324         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7325                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7326                         continue;
7327
7328                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
7329                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
7330                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
7331
7332                 start_pfn = end_pfn;
7333         }
7334
7335         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7336         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7337         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7338
7339         /* Print out the zone ranges */
7340         pr_info("Zone ranges:\n");
7341         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7342                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7343                         continue;
7344                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7345                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7346                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7347                         pr_cont("empty\n");
7348                 else
7349                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7350                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7351                                         << PAGE_SHIFT,
7352                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7353                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7354         }
7355
7356         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7357         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7358         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7359                 if (zone_movable_pfn[i])
7360                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7361                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7362         }
7363
7364         /*
7365          * Print out the early node map, and initialize the
7366          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7367          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7368          */
7369         pr_info("Early memory node ranges\n");
7370         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7371                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7372                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7373                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7374                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7375         }
7376
7377         /* Initialise every node */
7378         mminit_verify_pageflags_layout();
7379         setup_nr_node_ids();
7380         zero_resv_unavail();
7381         for_each_online_node(nid) {
7382                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7383                 free_area_init_node(nid, NULL,
7384                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
7385
7386                 /* Any memory on that node */
7387                 if (pgdat->node_present_pages)
7388                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7389                 check_for_memory(pgdat, nid);
7390         }
7391 }
7392
7393 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7394                                      unsigned long *percent)
7395 {
7396         unsigned long long coremem;
7397         char *endptr;
7398
7399         if (!p)
7400                 return -EINVAL;
7401
7402         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7403         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7404         if (*endptr == '%') {
7405                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7406                 WARN_ON(coremem > 100);
7407
7408                 *percent = coremem;
7409         } else {
7410                 coremem = memparse(p, &p);
7411                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7412                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7413
7414                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7415                 *percent = 0UL;
7416         }
7417         return 0;
7418 }
7419
7420 /*
7421  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7422  * cannot be reclaimed or migrated.
7423  */
7424 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7425 {
7426         /* parse kernelcore=mirror */
7427         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7428                 mirrored_kernelcore = true;
7429                 return 0;
7430         }
7431
7432         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7433                                   &required_kernelcore_percent);
7434 }
7435
7436 /*
7437  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7438  * can be reclaimed or migrated.
7439  */
7440 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7441 {
7442         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7443                                   &required_movablecore_percent);
7444 }
7445
7446 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7447 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7448
7449 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
7450
7451 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7452 {
7453         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7454         totalram_pages_add(count);
7455 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7456         if (PageHighMem(page))
7457                 totalhigh_pages_add(count);
7458 #endif
7459 }
7460 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7461
7462 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7463 {
7464         void *pos;
7465         unsigned long pages = 0;
7466
7467         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7468         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7469         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7470                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7471                 void *direct_map_addr;
7472
7473                 /*
7474                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7475                  * because some architectures' virt_to_page()
7476                  * work with aliases.  Getting the direct map
7477                  * address ensures that we get a _writeable_
7478                  * alias for the memset().
7479                  */
7480                 direct_map_addr = page_address(page);
7481                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7482                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7483
7484                 free_reserved_page(page);
7485         }
7486
7487         if (pages && s)
7488                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7489                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7490
7491         return pages;
7492 }
7493
7494 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7495 void free_highmem_page(struct page *page)
7496 {
7497         __free_reserved_page(page);
7498         totalram_pages_inc();
7499         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7500         totalhigh_pages_inc();
7501 }
7502 #endif
7503
7504
7505 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7506 {
7507         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7508         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7509
7510         physpages = get_num_physpages();
7511         codesize = _etext - _stext;
7512         datasize = _edata - _sdata;
7513         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7514         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7515         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7516         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7517
7518         /*
7519          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7520          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7521          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7522          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7523          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7524          */
7525 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7526         do { \
7527                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7528                         size -= adj; \
7529         } while (0)
7530
7531         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7532                      _sinittext, init_code_size);
7533         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7534         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7535         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7536         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7537
7538 #undef  adj_init_size
7539
7540         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7541 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7542                 ", %luK highmem"
7543 #endif
7544                 "%s%s)\n",
7545                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7546                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7547                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7548                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7549                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7550                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7551 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7552                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7553 #endif
7554                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7555 }
7556
7557 /**
7558  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7559  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7560  *
7561  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7562  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7563  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7564  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7565  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7566  * smaller per-cpu batchsize.
7567  */
7568 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7569 {
7570         dma_reserve = new_dma_reserve;
7571 }
7572
7573 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7574 {
7575         zero_resv_unavail();
7576         free_area_init_node(0, zones_size,
7577                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7578 }
7579
7580 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7581 {
7582
7583         lru_add_drain_cpu(cpu);
7584         drain_pages(cpu);
7585
7586         /*
7587          * Spill the event counters of the dead processor
7588          * into the current processors event counters.
7589          * This artificially elevates the count of the current
7590          * processor.
7591          */
7592         vm_events_fold_cpu(cpu);
7593
7594         /*
7595          * Zero the differential counters of the dead processor
7596          * so that the vm statistics are consistent.
7597          *
7598          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7599          * race with what we are doing.
7600          */
7601         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7602         return 0;
7603 }
7604
7605 #ifdef CONFIG_NUMA
7606 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7607
7608 static int __init set_hashdist(char *str)
7609 {
7610         if (!str)
7611                 return 0;
7612         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7613         return 1;
7614 }
7615 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7616 #endif
7617
7618 void __init page_alloc_init(void)
7619 {
7620         int ret;
7621
7622 #ifdef CONFIG_NUMA
7623         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7624                 hashdist = 0;
7625 #endif
7626
7627         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7628                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7629                                         page_alloc_cpu_dead);
7630         WARN_ON(ret < 0);
7631 }
7632
7633 /*
7634  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7635  *      or min_free_kbytes changes.
7636  */
7637 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7638 {
7639         struct pglist_data *pgdat;
7640         unsigned long reserve_pages = 0;
7641         enum zone_type i, j;
7642
7643         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7644
7645                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7646
7647                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7648                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7649                         long max = 0;
7650                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7651
7652                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7653                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7654                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7655                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7656                         }
7657
7658                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7659                         max += high_wmark_pages(zone);
7660
7661                         if (max > managed_pages)
7662                                 max = managed_pages;
7663
7664                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7665
7666                         reserve_pages += max;
7667                 }
7668         }
7669         totalreserve_pages = reserve_pages;
7670 }
7671
7672 /*
7673  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7674  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7675  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7676  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7677  */
7678 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7679 {
7680         struct pglist_data *pgdat;
7681         enum zone_type j, idx;
7682
7683         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7684                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7685                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7686                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7687
7688                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7689
7690                         idx = j;
7691                         while (idx) {
7692                                 struct zone *lower_zone;
7693
7694                                 idx--;
7695                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7696
7697                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7698                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7699                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7700                                 } else {
7701                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7702                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7703                                 }
7704                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7705                         }
7706                 }
7707         }
7708
7709         /* update totalreserve_pages */
7710         calculate_totalreserve_pages();
7711 }
7712
7713 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7714 {
7715         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7716         unsigned long lowmem_pages = 0;
7717         struct zone *zone;
7718         unsigned long flags;
7719
7720         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7721         for_each_zone(zone) {
7722                 if (!is_highmem(zone))
7723                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7724         }
7725
7726         for_each_zone(zone) {
7727                 u64 tmp;
7728
7729                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7730                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7731                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7732                 if (is_highmem(zone)) {
7733                         /*
7734                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7735                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7736                          * value here.
7737                          *
7738                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7739                          * deltas control async page reclaim, and so should
7740                          * not be capped for highmem.
7741                          */
7742                         unsigned long min_pages;
7743
7744                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7745                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7746                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7747                 } else {
7748                         /*
7749                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7750                          * proportionate to the zone's size.
7751                          */
7752                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7753                 }
7754
7755                 /*
7756                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7757                  * scale factor in proportion to available memory, but
7758                  * ensure a minimum size on small systems.
7759                  */
7760                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7761                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7762                                       watermark_scale_factor, 10000));
7763
7764                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7765                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7766                 zone->watermark_boost = 0;
7767
7768                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7769         }
7770
7771         /* update totalreserve_pages */
7772         calculate_totalreserve_pages();
7773 }
7774
7775 /**
7776  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7777  * or when memory is hot-{added|removed}
7778  *
7779  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7780  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7781  */
7782 void setup_per_zone_wmarks(void)
7783 {
7784         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7785
7786         spin_lock(&lock);
7787         __setup_per_zone_wmarks();
7788         spin_unlock(&lock);
7789 }
7790
7791 /*
7792  * Initialise min_free_kbytes.
7793  *
7794  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7795  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7796  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7797  *
7798  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7799  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7800  *
7801  * which yields
7802  *
7803  * 16MB:        512k
7804  * 32MB:        724k
7805  * 64MB:        1024k
7806  * 128MB:       1448k
7807  * 256MB:       2048k
7808  * 512MB:       2896k
7809  * 1024MB:      4096k
7810  * 2048MB:      5792k
7811  * 4096MB:      8192k
7812  * 8192MB:      11584k
7813  * 16384MB:     16384k
7814  */
7815 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7816 {
7817         unsigned long lowmem_kbytes;
7818         int new_min_free_kbytes;
7819
7820         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7821         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7822
7823         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7824                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7825                 if (min_free_kbytes < 128)
7826                         min_free_kbytes = 128;
7827                 if (min_free_kbytes > 65536)
7828                         min_free_kbytes = 65536;
7829         } else {
7830                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7831                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7832         }
7833         setup_per_zone_wmarks();
7834         refresh_zone_stat_thresholds();
7835         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7836
7837 #ifdef CONFIG_NUMA
7838         setup_min_unmapped_ratio();
7839         setup_min_slab_ratio();
7840 #endif
7841
7842         return 0;
7843 }
7844 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7845
7846 /*
7847  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7848  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7849  *      changes.
7850  */
7851 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7852         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7853 {
7854         int rc;
7855
7856         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7857         if (rc)
7858                 return rc;
7859
7860         if (write) {
7861                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7862                 setup_per_zone_wmarks();
7863         }
7864         return 0;
7865 }
7866
7867 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7868         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7869 {
7870         int rc;
7871
7872         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7873         if (rc)
7874                 return rc;
7875
7876         return 0;
7877 }
7878
7879 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7880         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7881 {
7882         int rc;
7883
7884         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7885         if (rc)
7886                 return rc;
7887
7888         if (write)
7889                 setup_per_zone_wmarks();
7890
7891         return 0;
7892 }
7893
7894 #ifdef CONFIG_NUMA
7895 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7896 {
7897         pg_data_t *pgdat;
7898         struct zone *zone;
7899
7900         for_each_online_pgdat(pgdat)
7901                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7902
7903         for_each_zone(zone)
7904                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7905                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7906 }
7907
7908
7909 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7910         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7911 {
7912         int rc;
7913
7914         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7915         if (rc)
7916                 return rc;
7917
7918         setup_min_unmapped_ratio();
7919
7920         return 0;
7921 }
7922
7923 static void setup_min_slab_ratio(void)
7924 {
7925         pg_data_t *pgdat;
7926         struct zone *zone;
7927
7928         for_each_online_pgdat(pgdat)
7929                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7930
7931         for_each_zone(zone)
7932                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7933                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7934 }
7935
7936 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7937         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7938 {
7939         int rc;
7940
7941         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7942         if (rc)
7943                 return rc;
7944
7945         setup_min_slab_ratio();
7946
7947         return 0;
7948 }
7949 #endif
7950
7951 /*
7952  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7953  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7954  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7955  *
7956  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7957  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7958  * if in function of the boot time zone sizes.
7959  */
7960 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7961         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7962 {
7963         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7964         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7965         return 0;
7966 }
7967
7968 static void __zone_pcp_update(struct zone *zone)
7969 {
7970         unsigned int cpu;
7971
7972         for_each_possible_cpu(cpu)
7973                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7974                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7975 }
7976
7977 /*
7978  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7979  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7980  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7981  */
7982 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7983         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7984 {
7985         struct zone *zone;
7986         int old_percpu_pagelist_fraction;
7987         int ret;
7988
7989         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7990         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7991
7992         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7993         if (!write || ret < 0)
7994                 goto out;
7995
7996         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7997         if (percpu_pagelist_fraction &&
7998             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7999                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8000                 ret = -EINVAL;
8001                 goto out;
8002         }
8003
8004         /* No change? */
8005         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8006                 goto out;
8007
8008         for_each_populated_zone(zone)
8009                 __zone_pcp_update(zone);
8010 out:
8011         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8012         return ret;
8013 }
8014
8015 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8016 /*
8017  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8018  * is not known to alloc_large_system_hash().
8019  */
8020 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8021 {
8022         return 0;
8023 }
8024 #endif
8025
8026 /*
8027  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8028  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8029  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8030  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8031  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8032  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8033  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8034  */
8035 #if __BITS_PER_LONG > 32
8036 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8037 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8038 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8039 #endif
8040
8041 /*
8042  * allocate a large system hash table from bootmem
8043  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8044  *   quantity of entries
8045  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8046  */
8047 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8048                                      unsigned long bucketsize,
8049                                      unsigned long numentries,
8050                                      int scale,
8051                                      int flags,
8052                                      unsigned int *_hash_shift,
8053                                      unsigned int *_hash_mask,
8054                                      unsigned long low_limit,
8055                                      unsigned long high_limit)
8056 {
8057         unsigned long long max = high_limit;
8058         unsigned long log2qty, size;
8059         void *table = NULL;
8060         gfp_t gfp_flags;
8061         bool virt;
8062
8063         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8064         if (!numentries) {
8065                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8066                 numentries = nr_kernel_pages;
8067                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8068
8069                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8070                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8071                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8072
8073 #if __BITS_PER_LONG > 32
8074                 if (!high_limit) {
8075                         unsigned long adapt;
8076
8077                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8078                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8079                                 scale++;
8080                 }
8081 #endif
8082
8083                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8084                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8085                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8086                 else
8087                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8088
8089                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8090                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8091                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8092                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8093                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8094                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8095                                 BUG_ON(!numentries);
8096                         }
8097                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8098                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8099         }
8100         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8101
8102         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8103         if (max == 0) {
8104                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8105                 do_div(max, bucketsize);
8106         }
8107         max = min(max, 0x80000000ULL);
8108
8109         if (numentries < low_limit)
8110                 numentries = low_limit;
8111         if (numentries > max)
8112                 numentries = max;
8113
8114         log2qty = ilog2(numentries);
8115
8116         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8117         do {
8118                 virt = false;
8119                 size = bucketsize << log2qty;
8120                 if (flags & HASH_EARLY) {
8121                         if (flags & HASH_ZERO)
8122                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8123                         else
8124                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8125                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8126                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8127                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
8128                         virt = true;
8129                 } else {
8130                         /*
8131                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8132                          * some pages at the end of hash table which
8133                          * alloc_pages_exact() automatically does
8134                          */
8135                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8136                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8137                 }
8138         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8139
8140         if (!table)
8141                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8142
8143         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8144                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8145                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8146
8147         if (_hash_shift)
8148                 *_hash_shift = log2qty;
8149         if (_hash_mask)
8150                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8151
8152         return table;
8153 }
8154
8155 /*
8156  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8157  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
8158  *
8159  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8160  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8161  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8162  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8163  */
8164 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
8165                          int migratetype, int flags)
8166 {
8167         unsigned long found;
8168         unsigned long iter = 0;
8169         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8170         const char *reason = "unmovable page";
8171
8172         /*
8173          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8174          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8175          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8176          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8177          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8178          */
8179
8180         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8181                 /*
8182                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8183                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8184                  * so consider them movable here.
8185                  */
8186                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8187                         return false;
8188
8189                 reason = "CMA page";
8190                 goto unmovable;
8191         }
8192
8193         for (found = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8194                 unsigned long check = pfn + iter;
8195
8196                 if (!pfn_valid_within(check))
8197                         continue;
8198
8199                 page = pfn_to_page(check);
8200
8201                 if (PageReserved(page))
8202                         goto unmovable;
8203
8204                 /*
8205                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8206                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8207                  * is movable.
8208                  */
8209                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8210                         continue;
8211
8212                 /*
8213                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8214                  * We need not scan over tail pages because we don't
8215                  * handle each tail page individually in migration.
8216                  */
8217                 if (PageHuge(page)) {
8218                         struct page *head = compound_head(page);
8219                         unsigned int skip_pages;
8220
8221                         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8222                                 goto unmovable;
8223
8224                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8225                         iter += skip_pages - 1;
8226                         continue;
8227                 }
8228
8229                 /*
8230                  * We can't use page_count without pin a page
8231                  * because another CPU can free compound page.
8232                  * This check already skips compound tails of THP
8233                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8234                  */
8235                 if (!page_ref_count(page)) {
8236                         if (PageBuddy(page))
8237                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8238                         continue;
8239                 }
8240
8241                 /*
8242                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8243                  * page_count() is not 0.
8244                  */
8245                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8246                         continue;
8247
8248                 if (__PageMovable(page))
8249                         continue;
8250
8251                 if (!PageLRU(page))
8252                         found++;
8253                 /*
8254                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8255                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8256                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8257                  */
8258                 /*
8259                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8260                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8261                  *
8262                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8263                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8264                  * page at boot.
8265                  */
8266                 if (found > count)
8267                         goto unmovable;
8268         }
8269         return false;
8270 unmovable:
8271         WARN_ON_ONCE(zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE);
8272         if (flags & REPORT_FAILURE)
8273                 dump_page(pfn_to_page(pfn + iter), reason);
8274         return true;
8275 }
8276
8277 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8278 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8279 {
8280         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8281                              pageblock_nr_pages) - 1);
8282 }
8283
8284 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8285 {
8286         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8287                                 pageblock_nr_pages));
8288 }
8289
8290 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8291 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8292                                         unsigned long start, unsigned long end)
8293 {
8294         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8295         unsigned long nr_reclaimed;
8296         unsigned long pfn = start;
8297         unsigned int tries = 0;
8298         int ret = 0;
8299
8300         migrate_prep();
8301
8302         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8303                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8304                         ret = -EINTR;
8305                         break;
8306                 }
8307
8308                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8309                         cc->nr_migratepages = 0;
8310                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8311                         if (!pfn) {
8312                                 ret = -EINTR;
8313                                 break;
8314                         }
8315                         tries = 0;
8316                 } else if (++tries == 5) {
8317                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8318                         break;
8319                 }
8320
8321                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8322                                                         &cc->migratepages);
8323                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8324
8325                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8326                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8327         }
8328         if (ret < 0) {
8329                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8330                 return ret;
8331         }
8332         return 0;
8333 }
8334
8335 /**
8336  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8337  * @start:      start PFN to allocate
8338  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8339  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8340  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8341  *                      in range must have the same migratetype and it must
8342  *                      be either of the two.
8343  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8344  *
8345  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8346  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8347  *
8348  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8349  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8350  * be modified by others.
8351  *
8352  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8353  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8354  * need to be freed with free_contig_range().
8355  */
8356 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8357                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8358 {
8359         unsigned long outer_start, outer_end;
8360         unsigned int order;
8361         int ret = 0;
8362
8363         struct compact_control cc = {
8364                 .nr_migratepages = 0,
8365                 .order = -1,
8366                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8367                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8368                 .ignore_skip_hint = true,
8369                 .no_set_skip_hint = true,
8370                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8371         };
8372         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8373
8374         /*
8375          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8376          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8377          * have different sizes, and due to the way page allocator
8378          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8379          * that page allocator won't try to merge buddies from
8380          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8381          * other migration type.
8382          *
8383          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8384          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8385          * we are interested in).  This will put all the pages in
8386          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8387          *
8388          * When this is done, we take the pages in range from page
8389          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8390          * page allocator will never consider using them.
8391          *
8392          * This lets us mark the pageblocks back as
8393          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8394          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8395          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8396          */
8397
8398         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8399                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8400         if (ret < 0)
8401                 return ret;
8402
8403         /*
8404          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8405          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8406          * which will report the busy page.
8407          *
8408          * It is possible that busy pages could become available before
8409          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8410          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8411          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8412          */
8413         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8414         if (ret && ret != -EBUSY)
8415                 goto done;
8416         ret =0;
8417
8418         /*
8419          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8420          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8421          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8422          * What we are going to do is to allocate all pages from
8423          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8424          *
8425          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8426          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8427          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8428          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8429          * once this is done free the pages we are not interested in.
8430          *
8431          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8432          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8433          */
8434
8435         lru_add_drain_all();
8436
8437         order = 0;
8438         outer_start = start;
8439         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8440                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8441                         outer_start = start;
8442                         break;
8443                 }
8444                 outer_start &= ~0UL << order;
8445         }
8446
8447         if (outer_start != start) {
8448                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8449
8450                 /*
8451                  * outer_start page could be small order buddy page and
8452                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8453                  * in this case to report failed page properly
8454                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8455                  */
8456                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8457                         outer_start = start;
8458         }
8459
8460         /* Make sure the range is really isolated. */
8461         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8462                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8463                         __func__, outer_start, end);
8464                 ret = -EBUSY;
8465                 goto done;
8466         }
8467
8468         /* Grab isolated pages from freelists. */
8469         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8470         if (!outer_end) {
8471                 ret = -EBUSY;
8472                 goto done;
8473         }
8474
8475         /* Free head and tail (if any) */
8476         if (start != outer_start)
8477                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8478         if (end != outer_end)
8479                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8480
8481 done:
8482         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8483                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8484         return ret;
8485 }
8486
8487 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8488                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8489 {
8490         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8491
8492         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8493                                   gfp_mask);
8494 }
8495
8496 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8497                                    unsigned long nr_pages)
8498 {
8499         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8500         struct page *page;
8501
8502         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8503                 page = pfn_to_online_page(i);
8504                 if (!page)
8505                         return false;
8506
8507                 if (page_zone(page) != z)
8508                         return false;
8509
8510                 if (PageReserved(page))
8511                         return false;
8512
8513                 if (page_count(page) > 0)
8514                         return false;
8515
8516                 if (PageHuge(page))
8517                         return false;
8518         }
8519         return true;
8520 }
8521
8522 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8523                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8524 {
8525         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8526
8527         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8528 }
8529
8530 /**
8531  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8532  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8533  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8534  * @nid:        Target node
8535  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8536  *
8537  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8538  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8539  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8540  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8541  *
8542  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8543  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8544  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8545  *
8546  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8547  * __free_page() on each allocated page.
8548  *
8549  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8550  */
8551 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8552                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8553 {
8554         unsigned long ret, pfn, flags;
8555         struct zonelist *zonelist;
8556         struct zone *zone;
8557         struct zoneref *z;
8558
8559         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
8560         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
8561                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
8562                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8563
8564                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
8565                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
8566                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
8567                                 /*
8568                                  * We release the zone lock here because
8569                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
8570                                  * at some point. If there's an allocation
8571                                  * spinning on this lock, it may win the race
8572                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
8573                                  */
8574                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8575                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
8576                                                         gfp_mask);
8577                                 if (!ret)
8578                                         return pfn_to_page(pfn);
8579                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8580                         }
8581                         pfn += nr_pages;
8582                 }
8583                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8584         }
8585         return NULL;
8586 }
8587 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8588
8589 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8590 {
8591         unsigned int count = 0;
8592
8593         for (; nr_pages--; pfn++) {
8594                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8595
8596                 count += page_count(page) != 1;
8597                 __free_page(page);
8598         }
8599         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8600 }
8601
8602 /*
8603  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8604  * page high values need to be recalulated.
8605  */
8606 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8607 {
8608         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8609         __zone_pcp_update(zone);
8610         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8611 }
8612
8613 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8614 {
8615         unsigned long flags;
8616         int cpu;
8617         struct per_cpu_pageset *pset;
8618
8619         /* avoid races with drain_pages()  */
8620         local_irq_save(flags);
8621         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8622                 for_each_online_cpu(cpu) {
8623                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8624                         drain_zonestat(zone, pset);
8625                 }
8626                 free_percpu(zone->pageset);
8627                 zone->pageset = &boot_pageset;
8628         }
8629         local_irq_restore(flags);
8630 }
8631
8632 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8633 /*
8634  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8635  * before calling this.
8636  */
8637 unsigned long
8638 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8639 {
8640         struct page *page;
8641         struct zone *zone;
8642         unsigned int order;
8643         unsigned long pfn;
8644         unsigned long flags;
8645         unsigned long offlined_pages = 0;
8646
8647         /* find the first valid pfn */
8648         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8649                 if (pfn_valid(pfn))
8650                         break;
8651         if (pfn == end_pfn)
8652                 return offlined_pages;
8653
8654         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8655         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8656         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8657         pfn = start_pfn;
8658         while (pfn < end_pfn) {
8659                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8660                         pfn++;
8661                         continue;
8662                 }
8663                 page = pfn_to_page(pfn);
8664                 /*
8665                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8666                  * page_count() is not 0.
8667                  */
8668                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8669                         pfn++;
8670                         offlined_pages++;
8671                         continue;
8672                 }
8673
8674                 BUG_ON(page_count(page));
8675                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8676                 order = page_order(page);
8677                 offlined_pages += 1 << order;
8678 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8679                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8680                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8681 #endif
8682                 del_page_from_free_area(page, &zone->free_area[order]);
8683                 pfn += (1 << order);
8684         }
8685         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8686
8687         return offlined_pages;
8688 }
8689 #endif
8690
8691 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8692 {
8693         struct zone *zone = page_zone(page);
8694         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8695         unsigned long flags;
8696         unsigned int order;
8697
8698         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8699         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8700                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8701
8702                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8703                         break;
8704         }
8705         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8706
8707         return order < MAX_ORDER;
8708 }
8709
8710 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8711 /*
8712  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8713  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8714  * allocation.
8715  */
8716 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8717 {
8718         struct zone *zone = page_zone(page);
8719         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8720         unsigned long flags;
8721         unsigned int order;
8722         bool hwpoisoned = false;
8723
8724         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8725         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8726                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8727
8728                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8729                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8730                                 hwpoisoned = true;
8731                         break;
8732                 }
8733         }
8734         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8735
8736         return hwpoisoned;
8737 }
8738 #endif