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